BRPI0511575B1 - sistema para tratamento de água. - Google Patents

Abstract

sistema para tratamento de água e processo. a presente invenção refere-se a um sistema e de um processo para tratamento de água. a água pode ser purificada pela passagem da água de alimentação através de um filtro de carbono (10), um filtro de pequenas partículas (20) e um dispositivo de desionização eletroquímica (30). a água pode ser adequada para cozinhar, para lavagem de roupa e para a produção de bebida.

Description

"SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA".

Antecedentes da Invenção Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um sistema para tratamento de água e processo, e, mais específicamente, a um sistema de tratamento de água e processo para produzir água depurada para consumo humano. Descricão da Técnica Relacionada A água depurada é usada em muitas indústrias incluindo a indústria química, de produtos alimentícios, de produtos eletrônicos, de energia, de produtos medicinais e farmacêuticos, bem como para consumo humano. Tipicamente, antes de ser utilizada em qualquer desses campos de aplicação, a água é tratada para reduzir o nível de contaminadores a níveis aceitáveis. Essas técnicas de tratamento incluem desinfecção, destilação, filtragem, troca de íon, osmose de inversão, fotooxidação, ozonização, e combinações das mesmas. Vários níveis de pureza podem ser requeridos para usos de finalidades diferentes. A qualidade da água pode ser regulada por várias agencias governamentais e organizações comerciais incluindo a "U.S. Environ-mental Protection Agency" (ERA) e a "Food and Drug Administration" (FDA). A indústria de bebida consome uma quantidade significante de água que deve atender as exigências ambientais bem como de saúde. Além das regulamentações que asseguram que as bebidas sejam seguras para o consumo, a indústria de bebida enfrenta padrões adicionais que são baseados no controle de qualidade. Por exemplo, um suprimento de água que atenda aos regulamentos federais para microorganismos pode não satisfazer os padrões de controle de qualidade de um fabricante de bebida para parâmetros adicionais tais como sabor e odor que possam afetar a qualidade do produto. Esses padrões podem incluir rigidez (conteúdo de cálcio, magnésio e sílica), bicarbonato, pH, total de sólidos suspensos (TSS), total de sólidos dissolvidos (TDS), cor, sabor, e temperatura. O controle desses parâmetros é complicado pela estrutura des- centralizada da própria industria de bebida. Por exemplo, um fabricante de bebidas espalhado por todo o mundo tipicamente é dotado de um grupo de pontos de produção em todas as partes do mundo. Cada um desses pontos pode ter acesso a um suprimento de água que seja diferente daqueles usados por outras instalações industriais. Apesar das regulamentações federais auxiliarem a padronização de exigências de saúde e segurança para a água usada na produção de bebida nos Estados Unidos, esses padrões podem diferir grandemente daqueles em outros países. Esses diferentes padrões podem impactar fatores tais como sabor, odor, e aparência. Isto pode ser importante para produtores que comercializam uma bebida sob uma única marca em todas as partes de um grande território. Por exemplo, um consumidor que consome uma bebida em uma parte do país espera a mesma aparência e sabor daquela bebida não importa onde seja comprada. Para assegurar esse tipo de consistência, o produtor de bebida pode requerer que a água usada em sua produção de bebida atenda os mesmos, ou padrão similar, indiferente do local onde a bebida seja produzida. Uma forma de alcançar esse objetivo é através do uso de processo de tratamento da água.

Assegurar a qualidade da água para um grupo de instalações de engarrafamento tipicamente requer a imposição de padrões de qualidade da água atingíveis e mensuráveis que podem ser alcançados a custo mínimo para vários tipos de água de alimentação que possam ser usadas. Essas emissões de controle de qualidade tornam ainda mais difícil implementar e controlar quando saídas de fonte estão incluídas. Saídas de fonte são tipicamente aqueles locais onde as bebidas são produzidas para consumo imediato no local, ou nas redondezas. Geralmente, em uma saída de fonte, a água é misturada com um sabor de xarope e, no caso de bebidas gaseificadas, dióxido de carbono. A bebida pode então ser servida diretamente ao consumidor. Entre as vantagens proporcionadas por saídas de fonte estão as economias realizadas pela ausência de transporte ou de armazenagem de um produto volumoso. Devido a essas e outras vantagens, milhões de saídas de fonte licenciadas estão em operação espalhadas por todo o mundo.

Os consumidores tipicamente esperam qualidade consistente em suas bebidas não importa se escolhem comprar uma lata ou uma garrafa de um estabelecimento, ou um copo de uma saída de fonte. Como a qualidade da água pode afetar o sabor e a aparência da bebida, é importante para aqueles que concedem a licença de bebida proporcionarem padrões de qualidade da água para as saídas de fonte bem como para engarrafadores. Há vários fatores que podem influenciar os padrões de qualidade da água para as saídas de fonte, dois dos quais são fontes disponíveis de água e o custo de tratamento da água.

Como as saídas de fonte podem existir em vários locais, as fontes de água usadas para produzir bebidas fonte podem também ser diferentes. Essas fontes de água podem incluir, por exemplo, suprimentos de água municipal, água de superfície, água de poço, água precipitada e água do mar dessalinizada. Cada uma dessas fontes pode suprir água de qualidade variada, e mesmo dentro de um tipo de suprimento de água, por exemplo, água de poço, o tipo e a qualidade da água suprida pode não ser consistente de lugar para lugar.

Adicionalmente, as saídas de fonte são comumente encontradas em restaurantes, bares de refeições ligeiras, lojas de conveniência, e similares, e em muitos desses locais o custo do tratamento da água pode ter um impacto ou rendimento. Portanto, os produtores de bebida e aqueles que licenciam devem considerar as necessidades do consumidor com relação ao sabor consistente e aparência com a necessidade de saída de um suprimento de água de baixo custo. Além disso, o operador de saída está preocupado com confiabilidade; se o sistema de tratamento da água falhar, a produção de bebida em uma saída de fonte pára. A manutenção do sistema é também importante e tipicamente o objetivo é para menor freqüência de manutenção com procedimentos menos complicados. A capacidade do sistema de tratamento da água é também diferente daquele exigido por um engarrafador. Tipicamente, as exigências de saída são muito menores em saídas de fonte, ainda que o sistema deva ser capaz de produzir um suprimento adequado de água de alta qualidade em períodos de picos de demanda, e uma vez que saídas de fonte podem atravessar períodos inativos, um sistema de tratamento da água deveria ser capaz de suprir água de alta qualidade em solicitações após um período de inatividade.

Diferentes fontes de água de poço podem proporcionar um desafio para aqueles que projetam sistemas de tratamento de água para saídas de fonte. A água de poço pode conter altas concentrações de matéria dissolvida, tais como bicarbonato e sólidos dissolvidos, bem como material suspenso que pode contribuir para o gosto e a aparência. Por exemplo, a água pode ser dura, dotada de uma alta concentração de cálcio, magnésio ou sílica e pode conter materiais iônicos adicionais contribuindo para o total de sólidos dissolvidos (TDS). Além disso, materiais orgânicos, bem como gases dissolvidos, podem estar presentes, o pH e a capacidade de tampo-namento podem variar amplamente, e a composição da água de um único poço pode variar por alguns períodos ou com diferentes níveis de uso. Vários sistemas de tratamento de água e processos existem para produção de água de alta pureza. Para uso na produção de bebidas e outras industrias. Dentre esses sistemas estão as unidades de desinfecção, tais como cloração e ozonizadores, filtros, emolientes de água, sistema de osmose de inversão e dispositivos de troca de íon químico.

As unidades de desinfecção são tipicamente usadas para reduzir a concentração de microorganismos viáveis em um suprimento de água. Isto pode ser realizado pela adição de um desinfetante, por exemplo, cloro, ozônio, ou amônia, diretamente no suprimento de água de modo que os organismos patogênicos sejam destruídos. Alternativamente, os microorganismos podem ser destruídos por um processo, tal como aquecimento ou tratamento com luz ultravioleta, ou os microorganismos podem ser fisicamente removidos da água pela filtragem. Quando um desinfetante químico é usado, é freqüentemente desejado remover o desinfetante da água antes do consumo, e isso pode ser realizado de várias maneiras, incluindo a neutralização química e a remoção por filtragem. A filtragem é usada para remover matéria suspensa do supri- mento de água, mas também pode auxiliar na remoção de espécies dissolvidas ou coloidal. Os filtros podem ser estruturados de uma variedade de materiais incluindo matéria de pequenas partículas tais como areia, terras dia-tomáceas, ou carbono ativado granular (GAC), ou pode ser baseado em uma membrana que pode ser composta de vários de materiais diferentes incluindo polímeros e materiais fibrosos. Os filtros tipicamente funcionam impedindo a passagem de material suspenso ao mesmo tempo em que permite que a água passe através do mesmo. Uma maneira de classificação de um filtro é pelo seu "tamanho de poro" que proporciona informação quanto ao tamanho das partículas que serão retidas pelo filtro. Alguns métodos, tal como hiperfiltragem, podem ser dotados de tamanhos de poro pequenos o suficiente para excluírem algumas espécies dissolvidas. A água pode ser afetada adversamente pela presença de íons de cálcio ou magnésio. Conhecida como "rigidez", uma alta concentração desses cátions tipicamente mais do que 200 ppm (mg/L como CaCCte) resulta em uma água que pode deixar escama ou outros depósitos no equipamento e na tubulação. Tipicamente, o cálcio e o magnésio são removidos da água (suavizados) pela troca de íons de cálcio e de magnésio por cátions alternativos, freqüentemente sódio. Os amaciantes da água tipicamente contêm bolhas de resina que trocam dois íons de sódio por cada íon de cálcio ou magnésio que é removido da água tratada. Periodicamente, o amaciante de água pode ser recarregado para reabastecer as bolhas de resina com suprimento adequado de sódio ou cátions alternativos. A osmose inversa (RO) é a técnica de filtragem que proporciona a remoção de espécies dissolvidas de um suprimento de água. Tipicamente, a água é suprida para um lado de uma membrana RO em pressão elevada e a água depurada é coletada de um lado de pressão baixa da membrana. A membrana RO é estruturada de modo que a água possa passar através da membrana enquanto outros componentes, por exemplo, espécies iônicas dissolvidas, são retidas no lado de pressão alta. Contudo, algumas espécies, tais como bicarbonato, podem não ser retidas. O "concentrado" que contém uma concentração elevada de espécies iônicas pode então ser descarrega- do ou reciclado, enquanto a impregnação, tipicamente contendo uma concentração reduzida de espécies iônicas, é coletada para uso posterior.

Um sistema usualmente utilizado para purificar água para uso nos sistemas de produção de bebida está ilustrado na Figura 1. A água de alimentação passa através do conduto 150 para um filtro de pequenas partículas 110 que auxilia a remover qualquer matéria de pequenas partículas que possam estar suspensas na água de alimentação. A água então passa através do conduto 151 para a bomba 140. A bomba 140 pressuriza a água que procede através do conduto 152 para o dispositivo RO 120. No dispositivo RO 120, a água depurada é coletada do lado de pressão baixa da membrana e passa através do conduto 153 para o tanque de armazenagem 130. Quando um suprimento adequado de água depurada está contido no tipo de armazenagem 130, pode ser retirada para um sistema de produção de bebida através de uma bomba (não ilustrada) conectada ao conduto 154.

As unidades de desionização podem também ser usadas para remover uma variedade de espécies iônicas de um suprimento de água. As unidades de desionização tipicamente empregam ou desionização química ou elétrica para substituir cátions específicos e ânions com íons alternativos. Na desionização química, uma resina de troca de íon é empregada para substituir íons contidos na água de alimentação. Os íons na resina são recarregados pela passagem periódica de um fluido de recarga através da bolha de resina. Esse fluido pode ser um acido que completa o suprimento de íons de hidrogênio na resina de troca de cátions. Para as resinas de intercâmbio aniôntico, a resina pode ser completada pela passagem de uma base através da resina, substituindo qualquer ânions retidos com grupos de hidroxila e preparando a resina para remoção de ânion adicional.

Na eletrodesionização, contudo, a resina ou resinas podem ser completadas por hidrogênio e íons hidroxila que são produzidos a partir da divisão da água durante a aplicação da corrente elétrica para a unidade de desionização. No eletrodesionização contínua (CEDI), os íons são substituídos enquanto a água de alimentação está sendo tratada, e, portanto, nenhuma etapa de recarga de separação é requerida. Tipicamente, a água de alimentação é primeiro passada através de uma membrana RO para reduzir a concentração total de espécies iônicas na água de alimentação. Isto reduz a carga na unidade CEDI e impede que escama e depósitos sejam construídos no compartimento de concentração da unidade.

Sumário da Invenção Em um aspecto um método de purificação de água é provido, o método incluindo o provimento de água de alimentação, reduzindo uma rigidez da água para uma variação de 5-100 ppm como CaCOs, reduzindo uma alcalinidade da água para uma variação de 10-100 ppm como CaCCte, e suprindo a água de alcalinidade reduzida e rigidez reduzida para consumo humano.

Em outro aspecto, um sistema de tratamento de água é proporcionado, o sistema de tratamento de água incluindo uma entrada de água de alimentação, um dispositivo de desionização eletroquímíco em comunicação fluida com a entrada de água de alimentação e com uma saída de água de alimentação, e um dispositivo de produção de bebida em comunicação fluida com a saída de água de alimentação.

Em outro aspecto, é provido um método de purificação de água para produção de bebida, o método compreendendo as etapas de suprimento de água de alimentação para um dispositivo de desionização eletroquími-co para produzir um fluxo de água depurada, e alimentando o fluxo de água depurada para um dispositivo de produção de bebida fonte.

Breve Descrição dos Desenhos Modalidades preferidas, não limitativas, da presente invenção serão descritas à guisa de exemplo com referencia aos desenhos que a acompanham, nos quais: A Figura 1 é um desenho esquemático de um sistema de tratamento de água da técnica. A Figura 2 é um desenho esquemático de uma modalidade do aparelho da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção A presente invenção está direcionada a um sistema de tratamen- to de água e processo para tratar eficazmente a água para consumo humano. A invenção pode ser usada com uma variedade de águas de alimentação para produzir um suprimento de água consistente, de alta qualidade para atender os requisitos da industria alimentícia e de bebida. Em várias modalidades, a água depurada pode ser usada, por exemplo, para cozinhar, para beber, para a produção de bebida quente ou fria, para fermentação, lavagem de roupas e/ou fazer gelo.

Os produtores de bebida podem ter requisitos específicos para os quais a invenção pode ser especificamente bem adequada. Por exemplo, os produtores de bebida fonte podem acessar suprimentos de água que diferem grandemente daqueles usados por outros produtores, ainda, mesmo que as especificações da água de produção requeridas por companhias de bebida possam ser precisas, ou pelo menos dentro de uma variação específica, de um ponto de produção para o próximo. Portanto, um produtor usando um suprimento de água de superfície municipal como uma fonte pode ser exigido a reduzir os níveis de cloro enquanto outro produtor acessando seu próprio poço pode ser exigido a reduzir níveis de bicarbonato e cálcio. Em um aspecto, a presente invenção pode ser aplicável a uma grande seção transversal desses produtores devido a sua versatilidade em produzir um suprimento consistente de água tratada de uma variedade de fontes.

Em um aspecto, a presente invenção pode ser usada para proporcionar água depurada para um dispositivo de produção de bebida. Um dispositivo de produção de bebida é qualquer dispositivo que usa água para produzir uma bebida para consumo humano. Esse dispositivo de produção de bebida pode ser usado para produzir bebidas gaseificadas ou não gaseificadas e podem também proporcionar água de beber depurada. Alguns dispositivos de produção de bebida proporcionam uma bebida pela adição de um concentrado de xarope na água e, se gaseificada, dióxido de carbono. Os dispositivos de produção de bebida fonte são aqueles que produzem bebidas para consumo imediato no local, ou na proximidade, ao invés de armazenagem e transporte. As bebidas fonte são tipicamente produzidas usando água refrigerada, mas não são refrigeradas após a produção. Os dispositivos de bebida fonte são freqüentemente encontrados em restaurantes, bares de refeição ligeira, postos de gasolina e lojas de conveniência. Em alguns casos, elas podem ser portáteis.

Em outro aspecto, um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser usado para produzir água depurada. Um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser qualquer dispositivo que empregue uma corrente elétrica ou campo elétrico para reduzir a concentração de compostos iônicos em uma amostra de água. Tais dispositivos de desionização eletroquímica da invenção não são dotados de partes moveis e/ou não são dotados de nenhuma membrana de filtragem. Exemplos de dispositivos de desionização eletroquímica incluem eletrodiálise (ED), eletrodiálise inversa (EDR), eletro-desionização (EDI), desionização capacitiva, eletrodesionização contínua (CEDI), e eletrodesionização contínua reversível (RCEDI).

Os dispositivos de desionização eletroquímica, métodos de uso, e métodos de construção estão descritos por, por exemplo, Giuffrida et al. nas Patentes Nos. U.S. 4.632.745, 4.925.541, 4.956.071 e 5.211.823, por Ganzi na Patente N- U.S. 5.259.936, por Ganzi et al., na Patente NQ U.S. 5.316.637, por Oren et. al. na Patente Ns U.S. 5.154.809, por Kedem na Patente NQ U.S. 5.240.579, por Liang et al. no Pedido de Patente NQ U.S. 09/954.986 e na Patente Ns U.S. 6.649.037, por Andelman na Patente Ns U.S. 5.192.432, Martin et.al. na Patente N- U.S. 5.415.786, e por Farmer na Patente Ns U.S. 5.425.858.

Os sistemas de tratamento da água para purificar água para a produção de bebida, tais como nas saídas de bebida fonte, têm sido tradicionalmente projetados usando uma variedade de dispositivos que podem ser incluídos ou excluídos baseado em fatores tais como o tipo de suprimento de água, o local, e a exigência de água antecipada. Por exemplo, um local usando água de poço poderia incluir um amaciante de água de troca de íon químico enquanto um local usando um suprimento de água municipal poderia usar um dispositivo de osmose inversa (RO), um tanque de armazenagem, e uma bomba. Em um aspecto, a presente invenção proporciona um sistema baseado em um ou mais dispositivos de desionização eletroquímica para produzir água depurada de qualidade consistente. O sistema pode ser instalado em diferences locais acessando tipos diferentes de águas de suprimento. Um dispositivo de desionização eletroquímica, tal como um CEDI ou um RCEDI, pode ser "alterado" para proporcionar uma água que não contenha impurezas demais ou de menos para a produção de bebida. Por exemplo, se uma água de alimentação contiver um alto nível de rigidez e de TDS, as condições do processo para o dispositivo podem ser alteradas para remover uma quantidade maior de impurezas. Se uma água de alimentação contiver um nível mais baixo de impurezas, o dispositivo pode ser alterado para remover um menor numero de contaminadores para evitar a produção de uma água que seja pura demais. O dispositivo pode ou ser alterado manualmente por um operador, ou automaticamente, em resposta a uma alteração em uma condição, tal como condutividade da água produto ou nível de exigência. Portanto, alterações no sistema tais como o nível de exigência, eficiência do dispositivo, ou qualidade da água de alimentação podem ser automaticamente compensados por alteração. O dispositivo pode requerer pouca ou nenhuma manutenção como muitas alterações na eficiência podem ser compensadas pela alteração e não pela substituição de componentes, por exemplo. Essa alteração pode ser transparente para o operador.

Em uma modalidade, o dispositivo pode ser dedicado para água de suprimento apenas para a produção de bebida e a saída do produto do dispositivo pode ser bombeado exclusivamente para um sistema de produção de bebida, tal como uma saída de fonte. Em tal caso, um dispositivo de desionização eletroquímica está em uma comunicação fluida exclusiva com um dispositivo de produção de bebida. Em outras modalidades, a água produto pode ser usada para outros propósitos, tais como, por exemplo, preparação de alimento, água para beber, e lavagem de louça.

Tipicamente, os sistemas RO requerem uma quantidade signifi-cante de armazenagem porque enquanto os mesmos podem ser eficientes na remoção de alguma matéria dissolvida de um suprimento de água, esses sistemas podem não ser capaz de proporcionar adequadamente o fluxo exigido no pedido, mas são antes configurados para reunir água tratada em um dispositivo de armazenagem do qual pode ser retirada quando necessário. Portanto, a presente invenção pode proporcionar um grupo de vantagens sobre os sistemas baseados no RO tradicional. Os sistemas de desionização eletroquímica podem proporcionar níveis de fluxo constantes ou ao serem exigidos proporções de fluxo maiores do que 3,78, 7,57, 11,35, 18,93 ou 37,85 l/min (1,2, 3, 5 ou 10 gal/min). Para algumas modalidades. Tais como aquelas usadas com dispensadores de bebida fonte, um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser dotado de capacidades de produção menor do que 75,70 l/min (20 gal/min), menor do que 37,85 l/min (10 gal/min) ou menor do que 18,93 l/min (5 gal/min). Sistemas de capacidade menor podem ser dimensionados mais apropriadamente para uso em restaurantes, postos de concessão, lojas de conveniência, e similares. Os sistemas dessas capacidades podem ser dimensionados para se encaixarem em uma área de pegada de em torno de 0,836 m2 (9 ft2) e podem ser usados em muitas saídas de fonte sem requerer a construção de espaço adicional para a instalação de um sistema de tratamento de água.

Facilidade para uso e economia de operação podem ser importantes para um operador de bebida fonte. Tipicamente, os operadores de fonte não são treinados em tratamento de água e preferem sistemas que funcionem sem monitoramento constante ou sem a interferência do operador. O sistema da presente invenção pode ser bem adequado para esse ambiente porque pode ser auto monitorado e pode ser capaz de suprir exigência de água 24 horas por dia sem a exigência de pré-avaliação da qualidade da água. Além disso, quando a manutenção é requerida, é preferível que os procedimentos sejam simples e rotineiros. Por exemplo, o sistema pode usar cartuchos GAG e cartuchos de filtro de pequenas partículas que possam ser desligados em intervalos pré-estabelecidos ou quando certos parâmetros, por exemplo, a qualidade da água, alcançarem certos níveis.

Um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser parcial ou totalmente livre de manutenção. Por exemplo, em um sistema RCEDI qualquer escala de construção pode ser interrompida ou revertida pela comutação da polaridade do sistema. A resina pode ser recarregada por hidro- lise in situ dentro de um compartimento ou em uma interface com uma membrana. Uma diminuição ou um aumento temporário ou permanente na eficiência pode ser compensado por uma alteração nas condições do processo, que pode ocorrer automaticamente. Uma alteração nas condições do processo pode incluir uma alteração na voltagem ou corrente ou uma alteração nas proporções de fluxo através de depleção, concentração ou compartimentos de eletrodo, ou qualquer combinação dos mesmos.

Conforme descrito na Patente NQ U.S. 4.956.071, um dispositivo (RCEDI) de eletrodesionização continua reversível é um dispositivo CEDI que está configurado para periodicamente reverter a polaridade dos eletrodos. Os compartimentos de diluição e de concentração podem também alternar funções. Em algumas modalidades, um dispositivo (RCEDI) que pode ser usado com a presente invenção pode ser operado com pouca ou nenhuma manutenção. Além disso, se um dispositivo RCEDI falhar, o mesmo tipicamente falha vagarosamente, dando ao operador a oportunidade de fazer a manutenção do dispositivo ao mesmo tempo em que produz água de qualidade aceitável. Alternativamente, se um sistema RO falhar, isso pode ocorrer instantaneamente, resultando na impossibilidade de produzir água depurada até que o mesmo seja reparado. Um dispositivo RCEDI pode ser operado por um controlador manual ou automático que possa ajustar as condições do processo em resposta a, por exemplo, água de alimentação ou produto da qualidade da água.

Em um aspecto, um sistema da presente invenção pode ser dotado exigências de energia mais baixa. Por exemplo, enquanto os sistemas RO e de desionização química tipicamente requerem bombas adicionais para alcançarem a pressão necessária para a operação apropriada, a presente invenção pode ser capaz de produzir água de qualidade aceitável em pressões de torneira, e pode ser capaz de operar em pressões de alimentação abaixo de em torno de 137,88 kPag (20 psig). Em algumas modalidades nenhuma bomba é usada e a única pressão requerida é proporcionada pela pressão da torneira. Um sistema pode ser projetado usando suprimentos de energia prontamente disponíveis, eliminando a necessidade de opções de instalação elétrica dispendiosa.

Exigências de espaço podem também ser importantes, especificamente para produtores de bebida fonte. Pelo provimento opcional da eliminação de tais componentes volumosos como, por exemplo, bombas, tanques de armazenagem, e suprimentos de energia, o sistema pode ser instalado em uma área relativamente pequena, possivelmente sem a exigência de relocação do equipamento de produção que já está instalado. Além disso, pela eliminação de bombas adicionais, por exemplo, o sistema pode proporcionar operação significativamente mais silenciosa do que sistemas alternativos tais como RO ou troca de íon e, portanto, pode ser especificamente apropriado em locais onde o barulho possa ser uma preocupação. A remoção de salmoura e concentrados pode também ser significativamente reduzida. Tipicamente, os amaciantes de água e os dispositivos de desionização química, entre outros, requerem recarga periódica que possa resultar na geração significativa de água de detrito que possa ter níveis de pH baixo ou conter níveis altos de sais. A remoção da água de detrito pode ativar exigências reguladoras adicionais que o usuário deve atender. Isso pode ser mais preocupante em áreas onde os regulamentos proíbem ou regulam a descarga de salmoura ou outros fluidos de recarga para um sistema séptico ou outro recurso de remoção de água de detrito. O presente sistema, pela substituição de tais dispositivos com um dispositivo de desionização eletroquímica, pode grandemente reduzir a quantidade desses fluidos que são descarregados para detrito. Em algumas modalidades, pode não haver aumento no total de sólidos dissolvidos que são recebidos na água de torneira. O uso da água pode ser minimizado pela implementação de um ou mais aspectos da presente invenção. O sistema da presente invenção pode ser mais eficiente em seu uso de água do que sistemas alternativos, tais como RO. Por exemplo, o sistema da presente invenção pode operar de modo uma recuperação maior do que em torno de 55, 60, 70 ou 75% da água de alimentação seja obtida. Isto compara favoravelmente à recuperação de 50-55% que é tipicamente obtida de um sistema de duas passagens RO produzindo água de qualidade comparável. Além disso, ao ter início, a presente invenção pode produzir água que esteja imediatamente disponível para produção de bebida. Sistemas alternativos podem requerer que a quantidade inicial da água a ser descarregada antes do suprimento seja de qualidade suficiente para ser usada. Por exemplo, após a recarga, um sistema de desionização química pode produzir água em um pH de em torno de 3 por um período de tempo. A água nesse pH pode não estar adequada para a produção de bebida e pode, portanto, requerer a descarga para detrito. Além disso, a saída do presente sistema pode ser ajustada acima da variação de em torno de 50-150% da saída projetada e ainda produzir água de qualidade aceitável. Isto significa que a água de alimentação não precisa ser desperdiçada na produção de água de pureza maior do que é requerida para uma aplicação específica. Alternativamente, se a qualidade da água precisar ser aumentada, ajustes similares nas condições do processo podem ser feitos para alcançar os resultados desejados. Os ajustes podem ser feitos manual ou automaticamente por um controlador.

Uma modalidade da invenção está ilustrada na Figura 2. Antes de entrar o sistema através do conduto 11, a água de alimentação pode primeiro ser penetrada de várias maneiras. O "pré-tratamento" significa que a qualidade da água é alterada antes de entrar em um dispositivo eletroquími-co. O pré-tratamento pode incluir a adição ou a remoção de substancias da água, ou alterar a qualidade da água. Por exemplo, a água pode ser desinfetada por meio do uso de técnicas químicas ou físicas. A desinfecção química tipicamente inclui a adição de um oxidante ao suprimento de água. Esses oxidantes podem incluir cloro, chloramine, ozônio, ou amônia. Se for necessário desinfetar a água por meio de técnicas não químicas, pode ser aquecida por um período de tempo em uma temperatura que seja adequada para destruir ou pelo menos parcialmente desativar microorganismos. Alternativamente, a água pode ser desinfetada com radiação tal como luz ultravioleta ou pode ser desinfetada pela filtragem de microorganismos preocupantes. A aeração pode também suprir alguns benefícios como uma etapa de pré-tratamento. A aeração envolve o borbulhamento de uma quan- tidade de ar (ou outro gás) através do suprimento de água para facilitar as reações químicas ou para fisicamente remover compostos da água. Por exemplo, a aeração pode auxiliar na remoção de desinfetantes residuais tais como cloro e chloramine. Além disso, a aeração pode auxiliar na remoção de compostos orgânicos voláteis e semivoláteis, incluindo trihalomethanes (THMs), que podem estar presentes na água. A aeração pode também reduzir a concentração de sulfeto de hidrogênio (H2S) e rádon na água de alimentação bem como servir para oxidar orgânicos e/ou metais tais como ferro. A oxidação do ferro em solução pode resultar na formação de uma condensação, tal como oxido de ferro, que pode ser mais fácil para separar da água de alimentação do que o ferro dissolvido. Pode ser preferível que a água de alimentação contendo concentrações de ferro relativamente altas seja penetrada para remover o ferro da solução na medida em que isso pode contribuir para o sabor e o odor na bebida.

Outra técnica de pré-tratamento que pode ser usada é o tratamento com um flocoso. A adição de um flocoso, por exemplo, alúmen, pode ajudar na coagulação de partículas suspensas de modo que as mesma são mais facilmente separadas da água de alimentação. Isto pode resultar em uma diminuição nas pequenas partículas que precisam ser filtradas no filtro de pequenas partículas da invenção, e, portanto, pode resultar no prolongamento da vida do filtro. O uso de um flocoso pode ser combinado com a aeração.

Em um aspecto, a presente invenção proporciona uma água que é menos pura do que a água que pode ser produzida por outros métodos de purificação. Freqüentemente, um produtor de bebida pode preferir uma água que seja pura, mas não pura demais. Por exemplo, se a água contiver níveis muito baixos de TDS, por exemplo, menos do que em torno de 50 ppm, menos do que em torno de 20 ppm, ou menos do que em torno de 10 ppm, a água pode negativamente afetar o sabor da bebida. Além disso, outras características tais como corrosão pode ser afetada por água excessivamente pura. Portanto, algumas técnicas de purificação de água, por exemplo, RO, podem proporcionar uma água que seja mais pura do que é tipicamente de- sejável para dispositivos de produção de bebida.

Uma maneira de proporcionar uma água contendo TDS suficiente e alcalinidade para atender as exigências quanto ao sabor é misturar uma água pura (que seria pura demais por si mesma) com uma água de alimentação ou outras águas contendo altos níveis de alcalinidade e de TDS. Uma proporção de mistura apropriada pode resultar em uma água dotada de características de sabor adequadas. Naturalmente, isto pode envolver etapas adicionais, válvulas, bombas, etc. Espécies minerais ou solúveis podem também ser adicionadas (ou devolvidas) em uma água pura. Em algumas modalidades, a água de qualidade da bebida pode ser produzida sem a adição de substancias para a água depurada.

Em outro aspecto, a água depurada pode ser produzida, para consumo humano, por exemplo, sem a mistura da água depurada com um água menos pura para obter uma variação desejada das espécies dissolvidas, tais como, por exemplo, minerais, sais, rigidez, alcalinidade, CO2 ou TDS. Em algumas modalidades, uma ou mais impurezas em uma água de alimentação são reduzidas para um nível desejável sem misturar águas de alta e baixa concentração de impureza. Os níveis das impurezas, tais como, por exemplo, rigidez, TDS e alcalinidade podem ser reduzidas para níveis desejados em uma única etapa usando um único dispositivo, tal como um dispositivo de desionização eletroquímica. A água não precisa ser primeiro purificada para um nível abaixo de uma variação desejada e não precisa ser misturada com uma água contendo impurezas em uma variação mais alta, como pode ser feito, por exemplo, com alguns sistemas RO. O sistema pode ser operado sem purificar nenhuma água para um nível abaixo do que aquela de um nível alvo para uma ou mais impurezas. Usando desionização eletroquímica, as variações do alvo podem ser alcançadas diretamente pelo ajuste das condições de operação do dispositivo de desionização eletroquímica.

Em algumas modalidades, um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser controlado e ajustado para a qualidade da água. A opção de controle de ajuste da qualidade da água produto pode expandir os tipos e as qualidades da água de alimentação que podem ser usadas para fazer água depurada de uma consistência, e qualidade predeterminadas que possa ser adequada para a produção de bebida. As condições do processo tais como voltagem, amperagem, nível de fluxo e cronometragem de ciclo reverso podem ser alteradas manual ou automaticamente, e pode ser feitas em resposta a, por exemplo, qualidade da água depurada, qualidade da água de condensação, ou qualidade da água de alimentação. As condições do processo podem também ser ajustadas devido a alterações nos fatores não relacionados à qualidade da água, tais como temperatura e nível de exigência. A alteração da condição de um processo pode incluir alteração da eficiência de remoção do dispositivo. Por exemplo, se um nível de TDS for detectado como baixo demais, a eficiência do dispositivo pode ser reduzida de modo que menos impurezas sejam removidas da água. Isto pode ser feito, por exemplo, pela redução da corrente para um dispositivo CEDI ou RCEDI. Do mesmo modo, se os níveis TDS estiveram acima da variação desejada, a eficiência do dispositivo pode ser aumentada pelo aumento da corrente ou do fluxo de redução. Em outras modalidades, a eficiência pode ser variada ligando e desligando (cíclico) a alimentação elétrica para o dispositivo de desionização eletroquímica em vários intervalos. Por exemplo, a corrente pode ser aplicada em 90% do tempo e desligada em 10% do tempo enquanto mantém um fluxo de fluido constante através do dispositivo. Isto pode resultar em água depurada dotada de 90% de impurezas removidas comparadas à água produzida quando o dispositivo é operado com a corrente aplicada em 100% do tempo. Qualquer ciclo pode ser feito em períodos curtos para evitar possíveis variações na qualidade da água produto que poderia resultar de períodos extensos de nenhuma aplicação de corrente. Por exemplo, a ciclagem pode ocorrer por menos de cada minuto ou menos do que cada 10 segundos.

Um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser higieni-zado por calor. Se um dispositivo de desionização eletroquímica for higieni-zado por calor, as superfícies do dispositivo que estão usualmente em contato com a água durante o tratamento podem ser elevadas a uma temperatura e por uma extensão de tempo adequadas para matar ou impedir a reprodução de microorganismos patogênicos. Por exemplo, a temperatura pode ser elevada para mais do que 50, 60, 70, 80, 85 ou 90 graus Celsius. O dispositivo pode ser exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo maior do que 10 minutos, 30 minutos ou 1 hora. Exemplos de dispositivos de desionização eletroquímica que são higienizados por calor e métodos de utilização dos mesmos estão proporcionados em Arba, et.al., "Dispositivo de Desionização e Métodos de Uso", Pedido de Patente Ns U.S. 09/954.986, Publicação NQ 20020144954.

Em uma modalidade, a corrente elétrica através de um dispositivo CEDI ou RCEDI pode ser ajustada para reduzir ou aumentar a quantidade de material iônico que é removido da água de alimentação. Em muitos casos, nenhuma mistura é requerida. Em outra modalidade, se o nível de qualidade da água depurada for estabelecido, então uma ou mais condições de processo podem ser ajustadas responsivas às alterações na qualidade da água de alimentação ou para as alterações na eficiência ou desempenho do sistema. Este tipo de ajuste pode também ser empregado quando um projeto similar deva ser usado em diferentes instalações dotadas de várias águas de alimentação. Por exemplo, um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser versátil o suficiente para ser usado em locais proporcionando águas de alimentação provenientes de fontes municipais ou provenientes de fontes dotadas de suprimentos de água macia ou dura. Um controlador, tal como um PLC, para ajustar a operação do dispositivo de desionização eletroquímica pode ser incluído com o sistema e pode ser sensível a um grupo de fatores, tais como qualidade da água produto, fluxo de água, temperatura da água de alimentação, temperatura da água produto, qualidade da água de alimentação e entrada de operador. Por conseguinte, um sistema de controle de retroalimentação pode ser implementado para proporcionar uma água depurada de qualidade consistente correspondendo a alterações em, por exemplo, qualidade de água depurada desejável, qualidade de água de alimentação, temperatura, proporções de uso, e condição do dispositivo e equipamento correlatos. Faixas aceitáveis de características tais como con- dutividade, rigidez, alcalinidade e TDS podem ser mantidos com um único dispositivo independente de alterações para exigência, qualidade da água de alimentação, temperatura, e eficiência do dispositivo, por exemplo.

Em algumas aplicações de bebida, pode ser preferido reduzir a armazenagem de água. Os sistemas baseados em dispositivos RO tipicamente requerem armazenagem a jusante devido, em parte, a tipicamente níveis de produção vagarosos dos dispositivos RO. Qualquer água armazenada pode proporcionar um ambiente para o crescimento de microorganismos, e além de requerer desinfecção adicional e monitoramento, pode, em alguns casos, ser mais eficiente para evitar completamente a armazenagem. Portanto, um sistema do tipo "em exigência" tal como proporcionado em uma modalidade da presente invenção, pode ser ideal para uso com um dispositivo de produção de bebida fonte ou com qualquer aplicação que se beneficie da redução da armazenagem de água, por exemplo, maquinas de vender bebida (incluindo água), cafeteiras, lavadoras de louça, e água de enxágüe para facilidades de lavagem de carro. Um sistema de exigência é aquele que pode purificar água para uso imediato, por exemplo, para ser usada menos do que um minuto após ser purificada. Em um sistema de exigência tipicamente não há nenhum tanque de armazenagem entre o dispositivo de purificação de água e o ponto de uso, por exemplo, dispositivo de bebida fonte. Enquanto pode haver alguma tubulação ou tubo entre o dispositivo de purificação da água e o ponto de uso, o volume total dessa tubulação ou tubo é tipicamente menos do que em torno de um litro. Em algumas modalidades, não é necessária uma bomba a jusante do dispositivo de purificação da água. Um sistema de exigência pode também proporcionar água adequada para produção de bebida imediatamente após um termo de não uso, por exemplo, após um período noturno. O sistema pode não necessitar ser enxaguado antes de usar a água.

Conforme ilustrado na Figura 2, o sistema da invenção pode incluir um grupo de componentes opcionais, tais como um filtro de carbono 10. O filtro de carbono pode ser o primeiro em uma série de dispositivos de tratamento. A pressão da água de alimentação sendo suprida para o filtro de carbono 10 pode ser monitorada pelo medidor de pressão 76. O filtro de carbono 10 pode auxiliar na remoção de qualquer número de contaminadores, incluindo compostos orgânicos bem como desinfetantes residuais tais como cloro e chloramine. Qualquer tipo de filtro de carbono pode ser usado, incluindo os tipos de cartucho que podem ser preferíveis em local de produção de bebida porque o cartucho pode ser rápida e facilmente trocado quando sua eficiência de remoção cai. Alternativamente, um cartucho pode ser substituído simplesmente com base no tempo de manutenção ou na vazão total de volume. Tipicamente, os locais de produção de bebida não estão equipados para regenerar carbono, tornando as substituições de cartuchos ainda mais atraentes. Outros tipos de filtros de carbono que podem ser usados incluem filtros de bloco de carbono e carbono ativado granulado (GAC). Múltiplos filtros de carbono de tipos diferentes podem ser usados em paralelo ou em série. Por exemplo, um filtro de bloco de carbono pode ser usado em série com um filtro contendo GAC. Preferivelmente, o filtro de carbono 10 inclui GAC que possa ser especificamente adequado para uso em indústria de bebida devido a sua habilidade de remover compostos de sabor e odor de um suprimento de água. É preferível que o filtro de carbono 10 seja dimensionado para minimizar a queda de pressão e restrição de fluxo através do filtro e para reduzir a freqüência com a qual o mesmo deva ser substituído enquanto equilibra esses atributos contra as considerações de custo e tamanho. É mais preferível, que o filtro possa conter aditivos tais como zeólitos para auxiliar na remoção de quaisquer metais pesados ou outros contaminadores que não possam ser eficientemente removidos apenas pelo carbono.

Após a passagem da água de alimentação através do filtro de carbono a mesma pode ser alimentada para outro dispositivo de pré-tratamento tal como o filtro de pequenas partículas 20. O filtro de pequenas partículas 20 pode ser qualquer filtro capaz de remover matéria de pequenas partículas de uma água de alimentação. Tais filtros incluem, por exemplo, profundidade, tela, filtros de superfície, e filtros de microporos. Esse meio de filtro usado pode ser um filtro do tipo de profundidade tal como uma base de areia em estado natural ou terra diatomácea ou um cartucho de algodão de fio enrolado, polipropileno ou outro polímero. Alternativamente, o filtro de pequenas partículas 20 pode ser, por exemplo, uma membrana de micro filtragem ou de ultrafiltragem. A membrana pode ser hidrofóbica ou hidrofílica e pode ser composta de, por exemplo, PVDF, PTFE, polipropileno, polieter-sulfona ou polietileno. O filtro de pequenas partículas que é escolhido pode ser selecionado com base no tipo de água de alimentação no local instalado. Por exemplo, se a água de alimentação tipicamente contém grandes quantidades de matéria suspensa, um filtro de profundidade com uma capacidade de carga alta pode ser usado. Se a água é proveniente de uma fonte que não tenha sido tratada para destruir microorganismos, um filtro capaz de remover microorganismos preocupantes, tais como um dispositivo de ultrafiltragem, pode ser escolhido. É preferível que o filtro de pequenas partículas 20 seja um filtro de profundidade. É, ainda, mais preferível, que o filtro de pequenas partículas 20 seja um filtro de cartucho, e ainda mais preferível, é um filtro de cartucho dotado de meio de filtragem composto de material fibroso tal como algodão ou polipropileno com todas as partes que contatam a água sendo de material de classe de alimento. Filtros de cartucho proporcionam fácil substituição que pode ser desempenhada por pessoa não treinada, eliminando, por conseguinte, a necessidade de chamadas de manutenção na instalação. Além disso, uma variedade de tipos de cartucho diferente pode ser usada com uma única unidade de alojamento de cartucho, minimizando, portando, a necessidade de oferecer tipos diferentes de alojamento com o sistema de tratamento da água.

Após a água de alimentação ter passado através do filtro de pequenas partículas 20, pode então ser alimentada para um dispositivo de de-sionização eletroquímica, tal como uma unidade RCEDI 30. Um RCEDI é um dispositivo de desionização contínua que está configurado para reverter a polaridade dos eletrodos e alternar a concentração e esvaziar compartimentos ao mesmo tempo em que ocorre a polaridade inversa. A operação de tal dispositivo esta descrita em Giuffrida et al., Patente N- U.S. 4.956.071. Tal dispositivo pode conter uma serie de compartimentos de esvaziamentos e de concentração tipicamente limitados por membranas de ânion permeáveis ou membranas de cátion permeáveis. Cada tipo de compartimento pode conter uma resina de troca de íon, tipicamente uma resina de camada mista dotada tanto de resinas de troca de ânion quanto de cátion. As resinas de troca de íon podem também ser homogêneas ou compostas e podem estar em camadas. Pelo menos um catodo e pelo menos um anodo são proporcionados para suprir uma corrente elétrica que separa moléculas de água em íons de hidrogênio e íons de hidróxido que constantemente completam a resina de troca de íon contida nos compartimentos de esvaziamento. À medida que a água passa através do compartimento de esvaziamento, cátions são trocados por íons de hidrogênio com os cátions sendo levados através de uma membrana permeável cátion para um compartimento de concentração sob a influência de um campo elétrico aplicado. Do mesmo modo, ânion ssão trocados por íons "hidroxila" e passam através de uma membrana permeável de ânion para um compartimento de concentração. A água desionizada então deixa o compartimento de esvaziamento e pode ser alimentada para outro compartimento de esvaziamento para purificação adicional ou pode ser descarregada para uso ou para tratamento alternativo. A água que sai do compartimento de concentração pode passar através de compartimentos de concentração adicionais para ser adicionalmente concentrada ou pode ser descarregada para detrito ou para um uso alternativo.

Em um período predeterminado ou posteriormente determinado, por exemplo, por um operador ou um controlador, a polaridade do sistema RCEDI 30 pode ser revertida de modo que catodo(s) se torne anodo(s) e vice-versa. Por exemplo, a polaridade pode ser ligada em intervalos de 10 minutos. Nesse período, ou em torno desse período, os compartimentos de concentração se tornam compartimentos de esvaziamento e os compartimentos de esvaziamento se tornam compartimentos de concentração. Logo, a água saindo dos novos compartimentos de esvaziamento podem ser mais puras do que aquela saindo dos novos compartimentos de concentração. Pela alternação dos compartimentos dessa maneira, a escala e a construção do depósito podem ser minimizadas porque nenhum compartimento serve como um compartimento de concentração por um longo período de tempo. Portanto, as resinas, os compartimentos, as membranas, a abertura da válvula e tubulação podem não estar sujeitos a um nível de sólidos construídos que possa ocorrer em um sistema que não use a polaridade de inversão. Além disso, a durabilidade da resina pode ser aumentada e a qualidade da produção de água pode ser aperfeiçoada.

Catodos e anodos usados em um dispositivo de desionização eletroquímica podem ser do mesmo material. Esses eletrodos podem ser dotados de uma base de, por exemplo, titânio, nióbio ou tântalo com uma cobertura de platina, rutênio, irídio, ou outros materiais anodo de tamanho estável. É preferível que uma cobertura, quando usada, tenha uma espessura em torno de 3,81 pm (150 micro polegadas) a em torno de 5,08 pm (200 micro polegadas). Essa espessura de cobertura, em alguns casos, corresponde a em torno de 25 gramas por metro quadrado.

Em algumas modalidades, um resfriador pode ser colocado em série com um dispositivo de desionização eletroquímica. O resfriador pode estar corrente acima do dispositivo ou a jusante do dispositivo de desionização eletroquímica e pode estar montante de um dispositivo de produção de bebida fonte. Quando um resfriador é colocado montante do dispositivo de desionização eletroquímica, pode ser realizada uma redução na escala construída.

Em uma modalidade ilustrada esquematicamente na Figura 2, após a água de alimentação passar através do filtro de pequenas partículas 20, a mesma entra nos condutos 31 e 32 bem como no conduto 33. O fluxo de água de alimentação e a pressão podem ser medidas no metro de fluxo 70 e no medidor de pressão 71. Os condutos 31 e 32 podem proporcionar água para os compartimentos concentração e de esvaziamento (não ilustrados) da pilha RCEDI. Quando o conduto 31 está suprindo água de alimentação para os compartimentos de esvaziamento, o conduto 32 está suprindo água de alimentação para os compartimentos de concentração. Quando a polaridade é invertida, o conduto 31 supre os compartimentos de concentração e o conduto 32 supre os compartimentos de esvaziamento. A água de- purada, a água que sai do compartimento de esvaziamento (ou o compartimentos de concentração imediatamente após a polaridade de inversão), é alimentada ou para o conduto 37 ou para o conduto 38, dependendo qual o conjunto de compartimentos está atuando no momento como o compartimentos de esvaziamento. O conduto alternado (ou o 37 ou o 38) que está conduzindo água dos compartimentos de concentração é movido para a linha de detritos 60 ou é reciclado. A trajetória dos condutor 37 e 38 é controlada ou pela válvula 80 ou pela válvula 81. As válvula podem ser configuradas de modo que apenas um dos condutos 37 ou 38 seja permitido a alimentar água para o conduto de produção 39. Portanto, se o conduto 37 estiver alimentando o conduto de produção 39, então o conduto 38 irá diretamente para a linha de detritos 60. A pressão e o fluxo da água de produção podem ser monitorados com o medidor de pressão 72 e o metro de fluxo 73. A qualidade da água pode também ser medida por um grupo de métodos incluindo dispositivos de medida óptica, química e elétrica. Em algumas modalidades, o metro de condutividade 74 pode ser usado, como é uma maneira confiável para monitorar o conteúdo iônico da água. O conduto 33 pode prover água, em serie, para os compartimentos anodo e catodo (não ilustrados) e quando a polaridade é ligada, a válvula 34 pode ser ativada de modo que o fluxo da água através desses compartimentos seja revertido. A água saindo dos compartimentos catodo e anodo passa ou através do conduto de descarga 35 ou do conduto de descarga 36, ambos os quais se unem para formar o conduto 40 que conduz ou para a linha de detrito 60 ou é reciclado. O fluxo nos condutos de descarga pode ser medido pelo metro de fluxo 75.

Ao contrário das técnicas de suavização de água convencionais que usam troca de íon química para remover cálcio, magnésio e sílica da água de alimentação, o sistema da presente invenção pode proporcionar a remoção desses íons sem substituir sódio, potássio, ou outros cátions no lugar dos cátions que estão sendo removidos. Cálcio, magnésio e/ou sílica podem ser substituídos, ou trocados por íons de hidrogênio. A rigidez pode ser removida para níveis que proporcionem uma água que não seja tão ma- cia que o sabor seja notadamente afetado.

Alguns amaciantes de água e técnicas de purificação de água podem resultar em uma água tão pura que pode ser corrosiva, pode ter um pH reduzida ou elevado, ou pode carecer de espécies dissolvidas para proporcionarem um componente de sabor. Os vendedores de bebida ou licenciados podem estar especificamente preocupados com o sabor da água usada para produzir uma bebida que possa ser vendida sob uma marca e, portanto, deve ter sua qualidade cuidadosamente controlada. Isso pode ser especificamente importante em saídas de fonte devido ao grande numero de saídas, bem como a variação nos suprimentos de água que possam ser usadas. Por exemplo, um sistema RO que poderia proporcionar água de alimentação aceitável para bebidas fonte em uma saída pode na realidade proporcionar água por demais pura quando instalada em outra saída. Além disso, devido à natureza das membranas de operação RO, a pureza da saída não pode ser variada. Modalidades da invenção que se beneficiam das capacidades do controle do processo dos dispositivo de desionização eletroquímica permitem que a saída da água seja controlada sobre uma variação relativamente estreita que não contenha TDS, rigidez, alcalinidade e outros constituintes nem em excesso nem de menos. Por exemplo, a rigidez pode ser controlada para uma variação entre 5 e 100 ppm (mg/L), entre 10 e 100 ppm, entre 20 e 80 ppm, ou entre 30 e 70 ppm, medida como carbonato de cálcio. Do mesmo modo, a alcalinidade pode ser controlada para estar na variação entre 10 e 100 ppm, entre 20 e 80 ppm, e entre 30 e 60 ppm, medida como carbonato de cálcio. Além disso, o dispositivo de desionização eletroquímica, tal como um RCEDI, pode ser controlado para manter os níveis da qualidade da água pura dentro de uma variação de mais ou menos 10 ppm, mais ou menos 20 ppm, ou mais ou menos 30 ppm. Adicionalmente, essas variações podem ser mantidas para uma variação de águas de alimentação incluindo água municipal e água de poço. Em algumas modalidades, a qualidade da água de uma saída de fonte pode ser controlada dentro de uma variação permitindo que uma fonte venda não apenas bebidas temperadas, como também água com marca de fábrica. Isto pode ser feito, em alguns casos, sem a adi- ção de minerais ou outras espécies para uma água depurada. Isto pode não ser possível com outros sistemas porque sem o tempero e a gaseificação para auxiliar a mascarar pequenas variações no sabor da água, uma água disponível de uma saída de fonte pode não ser de qualidade consistentemente adequada para ser vendida sob uma marca. O bicarbonato pode ser um componente importante da água que é usada para o preparo bebidas. Por exemplo, bicarbonato em excesso em solução pode consumir dióxido de carbono adicionado resultando em uma bebida gaseificada lisa. Se há muito pouco bicarbonato na solução, outras características, tais como pH, podem ser afetadas. Por exemplo, se os níveis de bicarbonato forem baixos demais, a capacidade de tamponamento da água pode ser reduzida e a adição de uma pequena quantidade de ácido pode resultar em um pH muito baixo. Em uma modalidade, a água depurada pode ser produzida contendo bicarbonato em uma variação que não consuma o CO2 adicionado mas também seja de concentração adequada para prover capacidade de tamponamento adequada. A concentração de bicarbonato em uma amostra de água pode ser refletida nas medidas de alcalini-dade.

Em uma modalidade, a água depurada pode ser produzida dotada de um pH entre 6 e 9 e preferivelmente entre 6,5 e 8,5. Essas variações podem ser obtidas pela purificação da água com o dispositivo de desioniza-ção eletroquímica. A água pode também conter alguma capacidade de tamponamento na forma de alcalinidade. A água pode ser produzida sem misturar duas ou mais águas de pH diferentes e pode ser usada para a produção de bebida.

Em uma modalidade, a água pode ser suavizada, isto é, uma concentração de cálcio, magnésio e/ou sílica pode ser reduzida e o processo pode resultar em uma redução líquida em conteúdo iônico. Ao contrário das técnicas de suavização de água pela troca química de íon, as técnicas de desionização eletroquímica podem remover cátions tais como cálcio e magnésio sem permutá-los por outros cátions tais como sódio ou potássio. Desta maneira, a água pode ser suavizada enquanto simultaneamente reduz o to- tal de concentração de íon na água.

Em outra modalidade, um dispositivo de desionização eletroquí-mica pode eliminar e/ou reduzir a quantidade de microorganismos viáveis em um suprimento de água. Por exemplo, passando a água para um compartimento de esvaziamento em um dispositivo CEDI ou RCEDI, uma grande proporção de qualquer microorganismo que possa estar contido na água pode ser considerado inviável pela operação do dispositivo. O conduto usado no sistema pode ser de qualquer material capaz de conduzir água. É preferível que o conduto seja tubulação de polímero atóxico. A tubulação pode ser de um diâmetro pequeno e pode ser tão curto quanto seja prático, fornecendo pico de cheia e requerimentos de pressão, para minimizar o volume de água que é "armazenado" na tubulação durante os períodos em que não é sendo utilizado. Em modalidades onde a armazenagem possa ser desejável, um tanque de armazenagem pode ser usado. O tanque de armazenagem pode estar em comunicação fluida com um dispositivo de desionização eletroquímica e pode estar posicionado montante ou a jusante do dispositivo de desionização eletroquímica. O tanque de armazenagem pode ser dotado de um volume maior do que 1 litro, maior do que 5 litros ou maior do que 10 litros. Um tanque de armazenagem pode ser feito de qualquer material apropriado para armazenagem de água como, por exemplo, vidro, material polimérico, e aço inoxidável. Em modalidades apropriadas, um tanque de armazenagem pode ser de material de classe de alimento.

Um controlador pode ser, por exemplo, um microprocessador ou um computador, tal como um controlador lógico de processo (PLC). Um controlador pode incluir vários componentes conhecidos e circuidade, incluindo uma unidade de processamento (isto é, um processador), um sistema de memória, dispositivos de entrada e de saída e interfaces (por exemplo, um mecanismo de interconexão), bem como outros componentes, tais como circuidade de transporte (por exemplo, um ou mais condutores gerais), um subsistema de entrada/saída de vídeo e áudio (l/O), um hardware com propósito específico, bem como outros componentes, e circuidade, conforme abaixo descrito mais detalhadamente. Adicionalmente, o controlador pode ser um sistema de computador multe processador ou pode incluir múltiplos computadores conectados em uma rede de computador. O controlador pode incluir um processador, por exemplo, um processador disponível comercialmente tal como um da série x86, processadores "Celeron" e "Pentium", disponível da Intel, dispositivos similares da AMD e Cyrix, os microprocessadores da série 680X0 disponíveis da Motorola, e o microprocessador Powerpc da IBM. Muitos outros processadores estão disponíveis, e o sistema de computador não está limitado a um processador específico.

Um processador tipicamente executa um programa denominado um sistema de operação, do qual WindowsNT, Windows95 ou 98, UNIX, Linux, DOS, VMS, MacOS e OS8 são exemplos, que controlam a execução de outros programas de computador e proporcionam programação, depuração, controle de entrada/saída, máquina de calcular, compilação, armazenagem de tarefa, gerenciamento de dados e gerenciamento de memória, controle de comunicação e serviços correlacionados. O processador e o sistema de operação em conjunto definem uma plataforma de computador para os quais programas de aplicação em linguagens de programação de alto nível são escritos. O controlador usado aqui não está limitado a uma plataforma de computador específica. O controlador pode incluir um sistema de memória, que tipicamente inclui um meio de gravação de computador legível e de escrita não volátil, do qual um disco magnético, um disco ótico, uma memória de flash e fita são exemplos. Tal meio de gravação pode ser removível, por exemplo, um disco flexível, CD de leitura/escrita ou linha de memória, ou pode ser permanente, por exemplo, um disco rígido.

Tais sinais de armazenagens de meio de gravação, tipicamente na forma binária (isto é, uma forma interpretada como uma seqüência de um e de zeros). Um disco (por exemplo, magnético ou ótico) é dotado de um grupo de trilhas, nas quais tais sinais podem ser armazenados, tipicamente na forma binária, isto é, uma forma interpretada como uma seqüência de uns e de zeros. Tais sinais definem um programa de software, por exemplo, um programa de aplicação, a ser executado pelo microprocessador, ou informação a ser processada pelo programa de aplicação. O sistema de memória de um controlador também pode incluir um elemento de memória de circuito integrado, que tipicamente é volátil, memória de acesso aleatório tal como uma memória de acesso aleatória dinâmica (DRAM) ou memória estática (SRAM). Tipicamente, em funcionamento, o processador faz com que os programas e dados sejam lidos do meio de gravação não volátil para o elemento de memória de circuito integrado, que tipicamente permite acesso mais rápido para as instruções do programa e dados pelo processador do que o meio de gravação não volátil. O processador geralmente manipula os dados dentro do elemento de memória de circuito integrado de acordo com as instruções do programa e então copia os dados manipulados para o meio de gravação não volátil após o processamento ser completado. Uma variedade de mecanismos é conhecida para gerenciar o movimento de dados entre o meio de gravação não volátil e o elemento de memória de circuito integrado, e o controlador que implementa os métodos, as etapas, os sistemas e os elementos de sistema aqui descritos e não se limita aos mesmos. O controlador não está limitado a um sistema de memória especifico.

Pelo menos parte de tal sistema de memória acima descrito pode ser usado para armazenar uma ou mais estruturas de dados (por exemplo, tabelas de consulta) ou equações. Por exemplo, pelo menos parte do meio de gravação não volátil pode armazenar pelo menos parte de uma base de dados que inclui uma ou mais estruturas de dados. Tal base de dados pode ser qualquer uma de uma variedade de tipos de base de dados, por exemplo, sistema de arquivo incluindo uma ou mais estruturas de dado de arquivo plano onde os dados são organizados em unidades de dados separadas por delimitadores, uma base de dados relacionai onde os dados são organizados em unidades de dados armazenados em tabelas, um banco de dados orientado onde os dados são organizados em armazenagem de unidades de dados como objetos, outro tipo de base de dados, ou qualquer combinação das mesmas. O controlador pode incluir um subsistema de dados de vídeo e áudio l/O. Uma parte de áudio do subsistema pode incluir um conversor analógico para digital (A/D), que recebe informação de áudio analógica e converte para informação digital. A informação digital pode ser condensada usando sistemas de condensação conhecidos para armazenagem no disco rígido para usar em outra ocasião. Uma parte de vídeo típica do subsistema 1/0 pode incluir um condensador/descompactador imagem de vídeo muitos dos quais são conhecidos na técnica. Tais condensadores/descompacta-dores convertem informação de vídeo analógico para informação digital condensada. A informação digital condensada pode ser armazenada em disco rígido para uso posterior. O controlador pode incluir um ou mais dispositivos de saída. Exemplos de dispositivos de saída incluem um monitor de tubos de raios catódicos (CRT), vídeo de cristal líquido (LCD), monitor de tela de toque e outros dispositivos de saída de vídeo, impressoras, dispositivos de comunicação como um modem ou interface de rede, dispositivos de armazenagem tais como disco ou fita, e dispositivos de saída de áudio tal como um autofa-lante. O controlador também pode incluir um ou mais dispositivos de entrada. Exemplos de dispositivos de entrada incluem um teclado, teclado compacto, trackball, mouse, caneta e mesa digitalizadora, tela de toque, dispositivos de comunicação tais como acima descritos, e dispositivos de entrada de dados tais como dispositivos e sensores de captura de áudio e vídeo. O controlador não está limitado aos dispositivos de entrada e saída específicos aqui descritos. O controlador pode incluir especialmente programado, hardware com propósito especial, por exemplo, um circuito integrado de aplicação especifica (ASIC). Tal hardware com propósito especial pode ser configurado para implementar um ou mais métodos, etapas, simulações, algoritmos, sistemas, e elementos de sistema acima descritos. O controlador e os componentes do mesmo podem ser progra- máveis usando qualquer de uma variedade de uma ou mais linguagens de programação de computador adequadas. Tais linguagens podem incluir linguagens de programação processual, por exemplo, C, Pascal, Fortran e BASIC, linguagens orientadas a objetos, por exemplo C++, Java e Eiffel e outras linguagens, tais como uma linguagem de script ou mesmo linguagem de montagem.

Os métodos, etapas, simulações, algoritmos, sistemas, e elementos de sistema podem ser implementados usando qualquer uma variedade de linguagens de programação adequada, incluindo linguagens de programação processual, linguagens de programação orientadoras de objetos, outras linguagens e combinação das mesmas, que pode ser executada por tal sistema de computador. Tais métodos, etapas, simulações, algoritmos, sistemas, e elementos de sistema podem ser implementados como módulos separados de um programa de computador, ou podem ser implementados individualmente como programas de computador. Tais módulos e programas podem ser executados em computadores separados.

Os métodos, etapas, simulações, algoritmos, sistemas, e elementos de sistema acima descritos podem ser implementados em software, hardware ou programação em hardware, ou qualquer combinação dos três, como parte do controlador acima descrito ou como um componente independente.

Tais métodos, etapas, simulações, algoritmos, sistemas, e elementos de sistema, individualmente ou em combinação, podem ser implementados como uma modalidade tangível de produto de programa de computador como sinais legíveis de computador em um meio legível de computador, por exemplo, um meio de gravação não volátil, um elemento de memória de circuito integrado, ou uma combinação dos mesmos. Para cada um de tais métodos, etapa, simulação, algoritmo, sistema, ou elemento de sistema, tal produto de programa de computador pode compreender modalidade tangível de sinais legíveis de computador no meio legível de computador que define instruções, por exemplo, como parte de um ou mais programas, como resultado de ser executado por um computador, instruir o computador a desempenhar o método, etapa, simulação, algoritmo, sistema, ou elemento de sistema. A operação de um dispositivo de desionização eletroquímica pode ser controlado manual ou automaticamente. Preferivelmente, a operação é controlada automaticamente por um controlador tal como um PLC. O PLC (não ilustrado) pode ser programado para controlar algumas ou todas as funções do sistema. Por exemplo, o PLC pode controlar o ponto no qual a polaridade da pilha RCEDI deve ser invertida e pode simultaneamente operar as válvulas apropriadas para direcionar o fluxo de água conforme delineado acima. Isto pode ser ativado por uma condição pré-programada baseada em por exemplo, no tempo ou total de saída, ou pode ser um sistema mais ativo que é controlado por variáveis tais como uma qualidade de água, níveis de fluxo ou pressões diferenciais que possam ser medidas ou detectadas por meio do uso de várias metros e medidores por todo o sistema que se comunica com o PLC. Por exemplo, quando uma diminuição na qualidade da água é detectada no conduto 39, isto pode sinalizar para o PLC para inverter a polaridade e ativar as válvulas 80 e 81 para transmutar os compartimentos de esvaziamento e de concentração. O PLC pode também indicar certas condições para o operador do sistema, tais como quando um carbono ou cartucho de filtro de pequenas partículas precisa ser trocado, ou, se uma diminuição consistente na pressão ou qualidade da água é detectada, a necessidade de manutenção da pilha. As facilidades fora do local ou pessoal podem também ser notificadas por, por exemplo, telefone, Internet, ou rádio. Um PLC pode também ser usado para ajustar a energia para a pilha. Isto pode ser especificamente útil em resposta a alterações na qualidade da água de alimentação, exigência de saída da água, ou se houver uma diminuição na eficácia dos eletrodos. Por exemplo, se o sistema em funcionamento em uma saída de pico de 11,35 l/min (3 gal/min) e a exigência é subitamente aumentada para 15,14 l/min (4 gal/min), um aumento na energia para a pilha pode ser tudo que seja requerido para atender os requerimentos de remoção do volume aumentado.

Em algumas modalidades, a água depurada pode ser pós- tratada. Por exemplo, após a purificação, a água pode ser desinfetada ou preservada com produtos químicos, filtragem, radiação ou muitas outras combinações desses processos. O pós-tratamento pode incluir, por exemplo, desinfecção química, tal como com ozônio, cloro, chloramine ou amônia; desiníecção por calor, por exemplo, pelo aquecimento da água depurada para mais to que 50, 70 ou 85 graus C; desinfecção por radiação, tal como pela irradiação de luz UV; e por filtragem, tal como o uso de mícrofiltros, filtros de areia e/ou filtros de areia centrifuga que podem ser usados para fisicamente remover microorganismos da água depurada. O pós-tratamento pode ser preterido quando a água é para ser armazenada, A presente invenção será adícíonalmente ilustrada pelo exemplo que se segue, que é intencionado a ser ilustrativo em sua natureza e não deve ser considerado como limitador do escopo da invenção.

Exemplo Para demonstrar a eficácia do presente sistema, um dispositivo RCEDI foi construído e suprido com amostras de água de poço que continham compostos e propriedades exibidos que são preocupantes para os recursos de produção de bebida fonte. 14 amostras diferentes de água de poço foram inicialmente analisadas quando a rigidez, alcalinidade, pH e TDS. Os resultados da analise do pré-tratamento inicial estão resumidos abaixo na Tabela 1.

Tabela 1 Parâmetros de Água de Alimentação Cada amostra da água foi tratada pela alimentação da água através de um dispositivo RCEDI dotado das seguintes configurações.

Tipo do dispositivo: Sistema CEDI de 20 pares de células Freqüência da polaridade de inversão: 10 minutos Suprimento de Energia: 200 watts Metros de Fluxo: Três metros de fluxo para medir os fluxos diluí- dos, concentrados e eletrodo.

Medidores de Pressão: Cinco medidores de pressão para monitorar a alimentação, o produto, o fluxo de concentração, fluxo de eletrodo e alimentação antes do tratamento de carbono e pequenas partículas. PLC: "Allen-Bradley MicroLogíx 1000 PLC" com qua- tro, retração dupla, relês de movimento duplo. Eletrodos: Eletrodos de placa de titânio com cobertura de platina de em torno de 0,762 pm (30 micro polegadas).

Esse dispositivo foi operado sob condições que seriam práticas para uma instalação de bebida fonte. Esses parâmetros estão ilustrados na Tabela 2 abaixo.

As propriedades da água produzida pelo sistema foram medidas várias vezes para cada amostra sendo tratada. Esses resultados, bem como os típicos requerimentos de água para bebida, estão resumidos abaixo na Tabela 3. O fluxo de detrito dos compartimentos de concentração e dos compartimentos de eletrodo foram também periodicamente analisados durante o tratamento. Os resultados estão ilustrados abaixo na Tabela 3.

Tabela 2 Parâmetros do Sistema para o Módulo CEDI de Inversão Tabela 3 Parâmetros de Água Produto para o Modulo CEDI de Inversão Tabela 4 Parâmetros de Água Condensar/Eletrodo para o Módulo CEDI de Inversão Uma comparação dos resultados medidos na água de alimentação e a produção da água comparada à especificação da água de bebida mostra que o sistema proporciona um método efetivo para trazer uma típica água de alimentação de acordo com as exigências de água para bebida. Os resultados medianos para rigidez, alcalinidade e TDS ilustram que enquanto a água de alimentação estava de acordo para cada um desses parâmetros, o processo RCEDI era eficaz no aperfeiçoamento da qualidade da água para o nível exigido. É também notável que o pH da água foi mantido em um nível aceitável.

Modificações adicionais e equivalentes da invenção aqui descrita irão ocorrer para pessoas versadas na técnica usando apenas experimentos de rotina, e todas essas modificações e equivalências são consideradas como estando dentro do espírito e do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações a seguir.

Claims (11)

1. Sistema de tratamento de água CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma entrada de água de alimentação (11); um dispositivo de desionização eletroquímica (30) em comunicação fluida com a entrada da água de alimentação (11) e com uma saída de água de alimentação (39), em que o dispositivo de desionização eletroquímica (30) compreende uma série de compartimentos de esgotamento e concentração ligados por membranas permeáveis a ânions e permeáveis a cá-tions; e um dispositivo de produção de bebida fonte em comunicação fluida com a saída de água de alimentação (39), em que o dispositivo de desionização eletroquímica (30) está em comunicação com um controlador que é construído e disposto para ajustar uma ou mais condições de processo do dispositivo de desionização eletroquímica (30) em resposta à qualidade da água purificada.

2. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um filtro de carbono (10) contra a corrente do dispositivo de desionização eletroquímica (30).

3. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um filtro de partícula (20) contra a corrente do dispositivo de desionização eletroquímica (30).

4. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a entrada de água de alimentação (11) está em comunicação com uma fonte de água de torneira.

5. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a água de alimentação é diretamente alimentada para um filtro de carbono (10).

6. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a água de alimentação é clorada.

7. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de desionização eletroquímica (30) está em comunicação fluida com a saída de água de alimentação (39) via um conduto dotado de um volume menor do que um litro.

8. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema é higienizado por calor.

9. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que dispositivo de desionização eletroquímica (30) é higienizado por calor.

10. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a uma ou mais condições de processo são selecionadas do grupo consistindo em voltagem, amperagem, nível de fluxo e ciclo de inversão.

11. Sistema de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador está em comunicação com um detector de condutividade (74).