BRPI0720810A2 - SYSTEM AND METHOD FOR LIQUID TREATMENT - Google Patents

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Philip Mathew Rolchigo
Chang Wei
Rihua Xiong
Lei Cao
Yu Du
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Gen Electric
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Description

Sistema e método para o tratamento de líquidos. ANTECEDENTES DA PRESENTE INVENÇÃO CAMPO TÉCNICOSystem and method for the treatment of liquids. BACKGROUND OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD

As formas de realização para a presente invenção se relacionam ao campo da dessalinização de líquidos. As formas de realização para a presente invenção se relacionam a um dispositivo de dessalinização e a um método para que se utilize o dispositivo de dessalinização.Embodiments for the present invention relate to the field of liquid desalination. Embodiments for the present invention relate to a desalination device and a method for using the desalination device.

DESCRIÇÃO DA ARTE RELACIONADA À PRESENTE INVENÇÃODESCRIPTION OF ART RELATED TO THIS INVENTION

Menos de um por cento da água que se encontra na superfície da Terra é adequada para o consumo doméstico ou então para as aplicações industriais. Com fontes limitadas de água potável natural, a desionização da água do mar ou de água salobra, em um processo comumente conhecido como dessalinização, é uma forma de se produzir água fresca. Existem diversas técnicas para a dessalinização, as quais são empregadas atualmente, para que se faça a desionização, ou a dessalinização de uma fonte de água.Less than one percent of the water on the earth's surface is suitable for domestic consumption or industrial applications. With limited sources of natural drinking water, deionization of seawater or brackish water, in a process commonly known as desalination, is a way of producing fresh water. There are several techniques for desalination, which are currently employed for deionization or desalination of a water source.

A desionização capacitiva é um processo eletrostático o qua! opera com baixa tensão (em torno de 1 V) e baixa pressão (em torno de 1,02 atm (15 psi)). Quando a água salobra é bombeada através de uma montagem de eletrodos de ampla área de superfície, os íons na água - tais como os sais que se encontram dissolvidos, e algumas substâncias inorgânicas - são atraídas para os eletrodos carregados opostamente. Isto concentra os íons junto aos eletrodos e reduz a concentração dos íons na água. Quando a capacidade dos eletrodos se encontra exaurida, o fluxo de água tem que ser interrompido para que se descarregue o capacitor, com os íons sendo rejeitados de volta em uma solução que agora é concentrada.Capacitive deionization is an electrostatic process whatever! operates at low voltage (around 1 V) and low pressure (around 1.02 atm (15 psi)). When brackish water is pumped through a large surface area electrode assembly, ions in the water - such as dissolved salts and some inorganic substances - are attracted to the optically charged electrodes. This concentrates the ions near the electrodes and reduces the concentration of ions in water. When the capacity of the electrodes is depleted, water flow must be stopped to discharge the capacitor, with the ions being discarded back into a solution that is now concentrated.

Este fato faz com que seja desejável um dispositivo, ou um sistema, para a dessalinização que se difira destes dispositivos, ou sistemas, para que se são atualmente disponíveis. É-se preferível que se disponha de um método de dessalinização, ou o uso de um dispositivo para a dessalinização, os quais difiram desses métodos, os quais se encontram atualmente à disposição.This fact makes it desirable for a device or system for desalination that differs from these devices or systems for which they are currently available. It is preferable to have a desalination method or the use of a desalination device which differs from those methods which are currently available.

BREVE DESCRIÇÃO DA PRESENTE INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THIS INVENTION

De acordo com, e em uma forma de realização, um método é apresentado, o qual inclui a descarga de um soluto a partir de um os orientado a solutos em uma descarga ao fluxo do líquido, onde que o fluxo do líquido que sofre a descarga possui uma concentração relativamente alta de soluto, e é então alimentado em um fluxo de alimentação a partir do qual o eletrodo dirigido ao soluto obteve ganho de soluto.According to, and in one embodiment, a method is presented which includes the discharge of a solute from a solute-oriented os into a discharge to the flow of liquid, where the flow of the discharged liquid has a relatively high concentration of solute, and is then fed into a feed stream from which the solute-directed electrode has gained solute.

Em uma das formas de realização, um sistema de dessalinização é apresentado, de tal forma que inclua um primeiro subsistema, e um segundo subsistema em comunicação com o fluido do primeiro subsistema. O segundo subsistema inclui um meio para que se faça a descarga de um soluto a partir de um eletrodo dirigido ao soluto em um fluxo líquido de descarga, onde que o fluxo líquido de descarga possui uma concentração de soluto relativamente maior do que o fluxo de alimentação orientado ao soluto do qual o eletrodo dirigido ao soluto obteve ganho de soluto.In one embodiment, a desalination system is provided such that it includes a first subsystem and a second subsystem in communication with the fluid of the first subsystem. The second subsystem includes a means for discharging a solute from a solute directed electrode into a liquid discharge stream, wherein the liquid discharge stream has a relatively higher solute concentration than the feed stream. solute-oriented from which the solute-directed electrode obtained solute gain.

De acordo com um dos aspectos, um sistema de dessalinização o qual possui um primeiro subsistema recebe um fornecimento de fluido e produz um primeiro e um segundo fluxo de fluidos fluindo. O primeiro fluxo fluente de fluido possui uma concentração a qual é reçativamente menor do que a concentração do soluto no fornecimento de fluido. O segundo fluxo fluente de fluido possui uma concentração de soluto a qual é relativamente maior do que a concentração de soluto do fornecimento de fluido.According to one aspect, a desalination system which has a first subsystem receives a fluid supply and produces a first and a second flow of flowing fluids. The first fluid flow of fluid has a concentration which is relatively lower than the concentration of the solute in the fluid supply. The second fluid flow of fluid has a solute concentration which is relatively higher than the solute concentration of the fluid supply.

Em uma das formas de realização, um sistema de tratamento é apresentado, sistema o qual inclui um primeiro subsistema, um segundo subsistema em comunicação com o fluido do primeiro subsistema, e um controlador em comunicação com o segundo subsistema. Em resposta a um sinal que advenha do controlador, o segundo subsistema descarrega um soluto a partir do eletrodo dirigido ao soluto em um fluxo líquido de descarga. O fluxo líquido de descarga possui uma concentração relativamente maior de soluto do que um fluxo de alimentação orientado ao soluto do qual o eletrodo dirigido ao soluto tem ganho de soluto.In one embodiment, a treatment system is provided, which system includes a first subsystem, a second subsystem in communication with the fluid of the first subsystem, and a controller in communication with the second subsystem. In response to a signal from the controller, the second subsystem discharges a solute from the electrode directed at the solute in a liquid discharge stream. The discharge liquid flow has a relatively higher concentration of solute than a solute-oriented feed stream from which the solute-directed electrode has solute gain.

De acordo com um dos aspectos, o primeiro subsistema recebe um fornecimento de líquido e libera um primeiro fluxo e um segundo fluxo. Com relação ao fornecimento de líquido, o primeiro fluxo possui uma menor quantidade de soluto e o segundo fluxo possui uma maior quantidade de soluto. O segundo fluxo flui para um segundo subsistema assim como o fluxo de alimentação dirigida ao soluto. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS QUE ACOMPANHAM A PRESENTE INVENÇÃOAccording to one aspect, the first subsystem receives a liquid supply and releases a first flow and a second flow. With regard to liquid supply, the first flow has a lower amount of solute and the second flow has a higher amount of solute. The second stream flows to a second subsystem as does the solute-directed feed stream. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FOLLOWING THIS INVENTION

Os números similares representam substancialmente as mesmas partes de figura a figura.Similar numbers represent substantially the same parts from figure to figure.

- A figura 1 exibe um diagrama esquemático de um dispositivo o qual compreende uma das formas de realização da presente invenção;Figure 1 shows a schematic diagram of a device which comprises one embodiment of the present invention;

- A figura 2 exibe uma perspectiva em explosão de uma porção da pilha que é apresentada por meio da figura 1;Figure 2 shows an exploded perspective view of a portion of the stack shown by Figure 1;

- A figura 3 exibe o diagrama esquemático de um outro dispositivo o qual compreende uma forma de realização da presente invenção;Figure 3 shows the schematic diagram of another device which comprises an embodiment of the present invention;

- A figura 4 exibe um diagrama de perspectiva de uma célula de dessalinização supercapacitiva durante um estado de carga da operação de acordo com algumas das formas de realização para a presente invenção;Figure 4 shows a perspective diagram of a supercapacity desalination cell during a load state of the operation according to some of the embodiments of the present invention;

A figura 5 exibe uma vista em perspectiva de uma célula de dessalinização supercapacitiva durante o estado de descarga da operação de acordo com algumas das formas de realização para a presente invenção;Figure 5 shows a perspective view of a supercapacity desalination cell during the discharge state of the operation according to some of the embodiments of the present invention;

-A figura 6 exibe um diagrama de blocos de um sistema de dessalinização de acordo com algumas das formas de realização para a presente invenção;Figure 6 shows a block diagram of a desalination system according to some of the embodiments of the present invention;

A figura 7 exibe um diagrama de blocos de um teste de ajuste de acordo com algumas das formas de realização para a presente invenção;Figure 7 shows a block diagram of a fit test according to some embodiments of the present invention;

As figuras de 8 a 10 exibem representações gráficas do resultado dos testes que são obtidos durante a primeira forma exemplar de teste de ajuste de acordo com a figuraFigures 8 to 10 show graphical representations of the test results that are obtained during the first exemplary form of fit test according to figure

7;7;

As figuras de 11 e 12 são representações gráficas do resultado dos testes obtidos em um segundo experimento exemplar do teste de ajuste de acordo com a figura 7;Figures 11 and 12 are graphical representations of the test results obtained in a second exemplary fit test experiment according to Figure 7;

- A figura 13 exibe um diagrama de blocos de um sistema de dessalinização para o- Figure 13 shows a block diagram of a desalination system for the

gerenciamento do desperdício de água;water waste management;

- A figura 14 exibe um diagrama de blocos de uma forma alternativa de realização de um sistema de dessalinização para o gerenciamento do desperdício de água; eFigure 14 shows a block diagram of an alternative embodiment of a desalination system for water waste management; and

A figura 15 exibe um diagrama de blocos de uma forma alternativa de realização de um sistema de dessalinização para o gerenciamento do desperdício de água.Figure 15 shows a block diagram of an alternative embodiment of a desalination system for water waste management.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THIS INVENTION

As formas de realização da presente invenção se relacionam ao campo da dessalinização de líquidos. As formas de realização da presente invenção se relacionam a um método para o uso do dispositivo de dessalinização.Embodiments of the present invention relate to the field of liquid desalination. Embodiments of the present invention relate to a method for using the desalination device.

Uma célula de dessalinização supercapacitiva (SCD) de 25 acordo com uma forma de realização da presente invenção é pode vir a ser empregada para a dessalinização da água do mar ou a desionização de outras águas salobras, para que se reduza a quantidade de sal para um nível permissível para o uso doméstico e o uso industrial. Tal célula de dessalinização supercapacitiva (SCD) pode remover, ou reduzir, outras impurezas carregadas ou ionizadas de um líquido.A supercapacitive desalination cell (SCD) according to one embodiment of the present invention may be employed for the desalination of seawater or the deionization of other brackish waters so as to reduce the amount of salt to permissible level for domestic and industrial use. Such supercapacity desalination cell (SCD) can remove or reduce other charged or ionized impurities from a liquid.

Adequação do linguajar, como usado deste ponto em diante,Language suitability, as used from this point forward,

por toda a descrição e em todas as reivindicações, pode vir a ser aplicada para que se modifique qualquer representação quantitativa a qual pode variar de uma forma permissível, sem que se resulte em uma alteração da função básica à qual se encontra relacionado. Da mesma forma, um valor modificado por um termo, ou termos, tal como 35 “sobre”, não devem limitar o valor preciso especificado. Em algumas situações, a adequação do linguajar pode corresponder a precisão de um instrumento para a medição do valor.throughout the description and claims may be applied to modify any quantitative representation which may vary in a permissible manner without resulting in a change in the basic function to which it is related. Similarly, a value modified by a term, or terms, such as 35 over, should not limit the precise value specified. In some situations, the suitability of the language may correspond to the accuracy of an instrument for measuring value.

Um supercapacitor é um capacitor eletroquímico o qual possui uma densidade de energia relativamente maior, quando se compara com a de um capacitor comum. De forma como, por exemplo, empregada neste presente trabalho, um supercapacitor é inclusivo à outros capacitores de alternativo desempenho, como os ultracapacitores. Um capacitor é um dispositivo elétrico o qual pode armazenar energia no campo elétrico entre um par de condutores ligeiramente separados (chamados ‘placas’). Quando uma tensão é aplicada a um capacitor, cargas de igual magnitude, mas de polaridades opostas, se concentram em cada uma das placas. O termo água saturada se refere à água a qual se encontra saturada com ao menos um tipo de soluto, ou sal, a uma dada temperatura. Da forma como é usada nesta presente descrição, o termo água supersaturada se refere de à água a qual contém uma quantidade ao menos um tipo de soluto, ou de sal, o qual é maior do que o limite de solubilidade daquele soluto, ou sal, dada uma certa temperatura. O termo escalar se refere ao acúmulo de concentrado, ou a precipitação de sais dissolvidos de outra forma, ou solutos, em uma parede lateral em contato com o sal ou o liquido orientado a soluto.A supercapacitor is an electrochemical capacitor which has a relatively higher energy density compared to that of a common capacitor. As, for example, employed in the present work, a supercapacitor is inclusive of other alternative performance capacitors, such as ultracapacitors. A capacitor is an electrical device which can store energy in the electric field between a pair of slightly separated conductors (called 'plates'). When a voltage is applied to a capacitor, charges of equal magnitude but of opposite polarity focus on each of the plates. The term saturated water refers to water which is saturated with at least one type of solute, or salt, at a given temperature. As used herein, the term supersaturated water refers to water which contains an amount of at least one type of solute, or salt, which is greater than the solubility limit of that solute, or salt, given a certain temperature. The term scalar refers to the accumulation of concentrate, or precipitation of otherwise dissolved salts, or solutes, on a side wall in contact with the solute-oriented salt or liquid.

A figura 1 exibe uma vista esquemática de um dispositivo supercapacitor de dessalinização 10, o qual possui um controlador (que não é exibido) e emprega um vaso de dessalinização 12. O vaso de dessalinização 12 possui uma superfície interna a qual define um volume. Internamente ao volume de dessalinização, se encontra hospedada as uma pilha de dessalinização supercapacitora 14. A pilha de dessalinização supercapacitora 14 inclui diversas células de dessalinização supercapacitoras 16. Cada uma das diversas células de dessalinização supercapacitorasFigure 1 shows a schematic view of a desalination supercapacitor device 10 which has a controller (which is not shown) and employs a desalination vessel 12. Desalination vessel 12 has an internal surface which defines a volume. Inside the desalination volume is a supercapacitant desalination cell 14. Supercapacitator desalination cell 14 includes several supercapacitor desalination cells 16. Each of the various supercapacitor desalination cells

16 inclui um par de eletrodos, um separador de material isolante, e um par de coletores de corrente. Além do mais, o vaso de dessalinização inclui ao menos um pequeno engaste 18 a partir do qual um líquido alimentado entra no vaso de dessalinização, e um escoadouro 20 a partir do qual o líquido deixa o vaso de dessalinização, depois de ter tido o contato com a se células de dessalinização supercapacitoras. O líquido pode vir a ser guiado dentro do vaso de dessalinização por meio do uso de forças externas. As forças externas adequadas podem incluir a gravidade, a sucção, e o bombeamento.16 includes a pair of electrodes, an insulating material separator, and a pair of current collectors. Furthermore, the desalination vessel includes at least a small crevice 18 from which a fed liquid enters the desalination vessel, and a drainage 20 from which the liquid leaves the desalination vessel after contact has been made. with its supercapacitor desalination cells. Liquid may be guided into the desalination vessel using external forces. Suitable external forces may include gravity, suction, and pumping.

A salinidade do líquido o qual deixa o vaso de dessalinização através do escoadouro 20 irá diferir da salinidade do líquido alimentado o qual entra no vaso de dessalinização através do engaste. A diferença na salinidade pode tanto ser maior ou menor, dependendo de se as células estão em modo de operação de carga (o qual irá remover o sal e/ou outras impurezas a partir do fluído líquido alimentado), ou então, a operação no modo de descarga (na qual se adiciona sal e/ou outras impurezas ao fluxo de líquido alimentado). O controlador pode se comunicar com os controles que forem apropriados, tais como as válvulas, os sensores, as chaves e outros similares, tais como a chave para a reversão do modo de operação, do modo de carga para o modo de descarga, em resposta a um critério pré-definido. Tal critério pode incluir um tempo transcorrido, um valor de saturação, a condutividade, a resistência específica, e outros similares.The salinity of the liquid leaving the desalination vessel through the outlet 20 will differ from the salinity of the fed liquid which enters the desalination vessel through the crimping. The difference in salinity may either be larger or smaller, depending on whether the cells are in charge operation mode (which will remove salt and / or other impurities from the liquid fed fluid), or else mode operation. (where salt and / or other impurities are added to the flow of liquid fed). The controller can communicate with appropriate controls, such as valves, sensors, switches, and the like, such as the switch for reversing operating mode, from charging mode to discharge mode, in response to to a predefined criterion. Such criteria may include elapsed time, saturation value, conductivity, specific resistance, and the like.

Durante a fase de carga, o líquido alimentado pode passar através da pilha, uma vez, ou mais de uma vez. Isso é mais de uma iteração pode se fazer necessária para que se faça a desionização do líquido para um valor pré-definido de amostras carregadas por meio de um sensor apropriadamente localizado em comunicação com o controlador. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, diversas de tais células podem vir a ser dispostas dentro do vaso de dessalinização, de tal forma que a saída de uma célula pode vir a ser tratada como uma alimentação de líquido para uma outra célula. Desta forma, o líquido pode ter a permissão para que passe através das células de desionização por diversas vezes, antes de saída através do escoadouro.During the charging phase, the liquid fed may pass through the battery once or more than once. This is more than one iteration that may be required to deionize the liquid to a predefined value of samples loaded via a properly located sensor in communication with the controller. In some embodiments for the present invention, several such cells may be arranged within the desalination vessel such that the outlet of one cell may be treated as a liquid feed to another cell. In this way, the liquid may be allowed to pass through the deionization cells several times before exiting through the sewer.

O vaso de dessalinização pode ser feito a partir de materiais adequados para vasos de dessalinização. Entre os materiais que são adequados para os vasos de dessalinização estão incluídos um ou mais materiais que são selecionados a partir de metal ou plásticos. Entre os metais adequados incluem-se os metais nobres e as ligas com bases ferrosas, tais como o aço inoxidável. Entre os plásticos adequados, podem-se incluir os termorrígidos, tais como os acrílicos, os uretanos, os epóxis, e outros similares; e termoplásticos tais como os policarbonatos, o poli cloreto de vinila (PVC), e as poliolefinas. Dentre as poliolefinas adequadas podem-se incluir o polietileno e o polipropileno. Como é facilmente perceptível por todos aqueles indivíduos com fluência na arte, a seleção dos materiais para o vaso de dessalinização é tal que o vaso de dessalinização não deve interferir com as impurezas do líquido o qual deve sofrer o processo de desionização ou de dessalinização. O vaso de dessalinização pode possuir um formato cilíndrico. Além do mais, o vaso de dessalinização pode ser moldado de tal forma que exista a convergência para os engastes e para os escoadouros, da forma como é ilustrada por meio da figura 1. Outras formas e dimensões podem ser empregadas para o vaso de dessalinização.The desalination vessel may be made from materials suitable for desalination vessels. Materials that are suitable for desalination vessels include one or more materials that are selected from metal or plastics. Suitable metals include noble metals and ferrous base alloys such as stainless steel. Suitable plastics may include thermo-rigids such as acrylics, urethanes, epoxies, and the like; and thermoplastics such as polycarbonates, polyvinyl chloride (PVC), and polyolefins. Suitable polyolefins may include polyethylene and polypropylene. As is readily apparent to all those of ordinary skill in the art, the selection of materials for the desalination vessel is such that the desalination vessel must not interfere with the impurities of the liquid which must undergo the deionization or desalination process. The desalination vessel may have a cylindrical shape. Furthermore, the desalination vessel may be shaped such that there is convergence to the crimps and outlets as illustrated by FIG. 1. Other shapes and dimensions may be employed for the desalination vessel.

Fazendo-se agora referência a figura 2, um arranjo de diversos elementos empregados em uma pilha de dessalinização supercapacitiva, tal como a pilha de dessalinização supercapacitiva 14 da figura 1, da forma como é ilustrada. Na forma de realização que é ilustrada, a pilha de dessalinização supercapacitiva inclui diversas células de dessalinização supercapacitivas e diversos coletores de corrente.Referring now to Figure 2, an arrangement of various elements employed in a supercapacity desalination stack, such as supercapacity desalination stack 14 of Figure 1, as illustrated. In the embodiment illustrated, the supercapacity desalination stack includes several supercapacitive desalination cells and several current collectors.

As células de dessalinização supercapacitivas incluem ao menos um par de eletrodos. Cada par de eletrodos incluem um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo, e um isolante elétrico espaçador o qual é disposto entre os dois eletrodos. Em algumas formas de realização para a presente invenção, no modo de operação de carga da pilha, o primeiro e o segundo eletrodo podem absorver íons a partir L 6/30Supercapacitive desalination cells include at least one pair of electrodes. Each electrode pair includes a first electrode, a second electrode, and a spacer electrical insulator which is disposed between the two electrodes. In some embodiments for the present invention, in battery charge operation mode, the first and second electrodes may absorb ions from L 6/30

do líquido o qual deve vir a ser deionizado. No modo de operação de carga, as superfícies do primeiro e do segundo eletrodos, podem cada um, acumular uma carga elétrica ou potenciais elétricos polarizados. O potencial do primeiro eletrodo pode vir a se diferenciar do potencial do segundo eletrodo. De forma subseqüente, quando o líquido flui 5 através desses eletrodos, as cargas elétricas acumuladas nos eletrodos atraem os íons carregados opostamente, a partir do líquido, e estes íons carregados são então absorvidos para a superfície dos eletrodos. Depois que a superfície do eletrodo se encontra saturada com os íons carregados e que foram absorvidos, o modo de operação da pilha pode ser chaveado do modo de operação em carga para o modo de operação 10 em descarga.of the liquid which must be deionized. In charge operation mode, the surfaces of the first and second electrodes can each accumulate an electric charge or polarized electrical potentials. The potential of the first electrode may differ from the potential of the second electrode. Subsequently, when liquid flows through these electrodes, the accumulated electric charges on the electrodes attract the optically charged ions from the liquid, and these charged ions are then absorbed to the electrode surface. After the electrode surface is saturated with the charged and absorbed ions, the battery operating mode can be switched from charging operating mode to discharged operating mode 10.

Os íons carregados podem vir a ser removidos, ouCharged ions may be removed, or

•s•s

desabsorvidos, da superfície dos eletrodos por meio da descarga da célula. No modo de operação de descarga, os íons absorvidos desassociados da superfície do primeiro e do segundo eletrodos, podem combinar com o líquido que flui através da célula durante o 15 modo de operação de descarga. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, durante o modo de operação de descarga da célula, as polaridades do primeiro e do segundo eletrodos podem ser as mesmas, como a outra, a carga e a descarga da célula será discutida e ilustrada em maior riqueza de detalhes quando da referência às figuras 4 e 5.absorbed from the electrode surface by discharging the cell. In discharge operation mode, absorbed ions disassociated from the surface of the first and second electrodes may combine with the liquid flowing through the cell during discharge operation mode. In some embodiments for the present invention, during the cell discharge operation mode, the polarities of the first and second electrodes may be the same, as the other, the charge and discharge of the cell will be discussed and illustrated in greater detail when referring to figures 4 and 5.

20 Em algumas das formas de realização para a presenteIn some embodiments for the present

invenção, cada um dos primeiros eletrodos podem incluir um primeiro material condutor e cada um dos segundos eletrodos podem incluir um segundo e diferente material condutor. Da forma como é usada nesta presente descrição, o termo material condutor se refere aos materiais que são eletricamente condutores, sem que tenha importância a 25 condutividade térmica. Nestas formas de realização para a presente invenção, o primeiro material condutor e o segundo material condutor podem incluir um material condutor elétrico, por exemplo, um polímero composto. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, o primeiro material condutor e o segundo material condutor podem possuir partículas com tamanhos menores e maiores áreas de superfície. Devido às 30 largas áreas de superfície, tais materiais condutores podem prover como resultado uma grande capacidade de absorção, uma alta densidade de energia e uma alta capacitância da célula. A capacitância da pilha pode vir a ser maior do que em torno de 10 Farad por grama. Em uma das formas de realização para a presente invenção a capacitância dainvention, each of the first electrodes may include a first conductive material and each of the second electrodes may include a second and different conductive material. As used herein, the term conductive material refers to materials that are electrically conductive, regardless of thermal conductivity. In these embodiments for the present invention, the first conductive material and the second conductive material may include an electrical conductive material, for example, a composite polymer. In some embodiments of the present invention, the first conductive material and the second conductive material may have smaller sized particles and larger surface areas. Due to the large surface areas, such conductive materials can result in high absorption capacity, high energy density and high capacitance of the cell. The capacitance of the battery may be greater than around 10 Farad per gram. In one embodiment of the present invention the capacitance of the

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& pilha pode variar de entorno de 10 Farad por grama a até de entorno de 50 Farad por& pile may range from around 10 Farad per gram to up to around 50 Farad per gram

35 grama, de entorno de 50 Farad por grama até de entorno de 75 Farad por grama, de entorno de 75 Farad por grama até de entorno de 100 Farad por grama, de entorno de 100 Farad por grama até entorno de 150 Farad por grama, de entorno de 150 Farad por grama até em entorno de 250 Farad por grama, entorno de 250 Farad por grama, até entorno de 400 Farad por grama, de entorno de 400 Farad por grama até entorno de 500 Farad por grama, de entorno de 500 Farad por grama até entorno de 750 Farad por grama, de entorno de 750 Farad por grama até entorno de 800 Farad por grama, ou ainda maior do que 80 Farad por grama.35 gram, from around 50 Farad per gram to around 75 Farad per gram, around 75 Farad per gram to around 100 Farad per gram, around 100 Farad per gram to around 150 Farad per gram, from around 150 Farad per gram to around 250 Farad per gram, around 250 Farad per gram, up to around 400 Farad per gram, around 400 Farad per gram to around 500 Farad per gram, around 500 Farad per gram up to 750 Farad per gram, around 750 Farad per gram to around 800 Farad per gram, or even greater than 80 Farad per gram.

Primeiros materiais condutores e segundos materiais condutores adequados podem ser formados por partículas as quais possuem um tamanho médio o qual é menor do que em torno de 500 micrometros. Além do mais, as partículas devem estar presentes em uma distribuição de partículas mono-modal de em torno de 1.Suitable first conductive materials and second conductive materials may be formed of particles which have an average size which is less than about 500 micrometers. In addition, the particles must be present in a mono-modal particle distribution of around 1.

Em outras formas de realização para a presente invenção. A distribuição do tamanho das partículas pode vir a ser multimodal, tal como, por exemplo, bimodal. O uso de distribuição de partículas de forma multimodal pode permitir o controle do agrupamento, e no final, a taxa do fluxo e a área de superfície através do leito de partículas. Naturalmente, o primeiro material condutor e o segundo material condutor podem se diferenciar, um do outro, em termos da área de superfície, da configuração, da porosidade e da composição. Em uma das formas exemplares de realização da presente invenção, o tamanho das partículas do primeiro material condutor e do segundo material condutor pode se encontrar na faixa que gira em torno de 5 micrometros a 10 micrometros, de 10 micrometros até em torno de 30 micrometros, de 30 micrometros até em torno de 60 micrometros, de 10 micrometros até em torno de 30 micrometros, ou então de 60 micrometros até em torno de 100 micrometros.In other embodiments for the present invention. Particle size distribution may be multimodal, such as, for example, bimodal. The use of multimodal particle distribution can enable cluster control, and ultimately the flow rate and surface area across the particle bed. Naturally, the first conductive material and the second conductive material may differ from each other in terms of surface area, configuration, porosity and composition. In one exemplary embodiment of the present invention, the particle size of the first conductive material and the second conductive material may be in the range of about 5 micrometers to 10 micrometers, from 10 micrometers to about 30 micrometers, from 30 micrometers to around 60 micrometers, from 10 micrometers to around 30 micrometers, or from 60 micrometers to around 100 micrometers.

Além do mais, o primeiro material condutor e o segundo material condutor podem possuir uma alta porosidade. Em uma das formas de realização, a porosidade do primeiro e/ou do segundo materiais podem se encontrar na faixa que se situa de 10 por cento a 95 por cento de densidade teórica. Cada eletrodo pode possuí uma superfície Brunauer - Emmet - Teller (BET) relativamente alta. Uma área de superfície relativamente alta pode se encontrar em uma faixa que gira em torno de 5,5 x 106 pés libra'1 ou em tomo de 400 a 1.100 metros quadrados por grama (m2g'1). Em uma das formas de realização para a presente invenção, a área de superfície do eletrodo pode variar na faixa de até 1,3 x 107 pés libra'1 ou em torno de 2.600 m2 g'1. Cada eletrodo pode possuir uma resistência elétrica específica relativamente baixa em uma das formas de realização para a presente invenção, materiais adicionais podem se depositar nas superfícies do primeiro e do segundo eletrodo, onde que tais materiais adicionais podem incluir catalisadores, elementos que evitem incrustações, modificadores de energia de superfície, e similares.Furthermore, the first conductive material and the second conductive material may have a high porosity. In one embodiment, the porosity of the first and / or second materials may be in the range of from 10 percent to 95 percent theoretical density. Each electrode may have a relatively high Brunauer - Emmet - Teller (BET) surface. A relatively high surface area can be in a range of about 5.5 x 106 feet lb'1 or around 400 to 1,100 square meters per gram (m2g'1). In one embodiment of the present invention, the surface area of the electrode may range in the range of up to 1.3 x 107 feet lb -1 or around 2,600 m2 g'1. Each electrode may have a relatively low specific electrical resistance in one embodiment of the present invention, additional materials may be deposited on the first and second electrode surfaces, where such additional materials may include catalysts, fouling preventers, modifiers. of surface energy, and the like.

Além do mais, o primeiro material condutor e o segundo material condutor podem incluir materiais orgânicos ou não orgânicos, por exemplo, esses materiais condutores podem incluir polímeros, ou podem incluir compostos não orgânicos, os quais são condutores. Em uma outra forma exemplar de realização para a presente invenção o material inorgânico pode incluir o carbono, os metais ou os óxidos de metais. Além do mais, o primeiro e o segundo eletrodos é podem ser formados, ou conter, os mesmos materiais, um do outro. De uma forma alternativa, o primeiro e o segundo eletrodos podem empregar diferentes materiais um do outro, ou a colocação ou quantidades dos mesmos materiais podem ser diferenciadas. De uma forma adicional, em algumas das formas de realização para a presente invenção, o primeiro material condutor e o segundo material condutor podem ser dopados de forma reversível. Nestas formas de realização o primeiro e o segundo materiais podem ou serem os mesmos. Em uma das formas exemplares de realização para a presente invenção, os elementos de dopagem podem incluir tanto os anions e os cátions. Exemplos de cátions, os quais não devem ser interpretados como Iimitantes da presente invenção, incluem: Li", Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Zn 2+, Fe2+, Al3+, ou qualquer combinação derivada destes. Exemplos de anions, os quais não devem ser interpretados como Iimitantes da presente invenção, incluem: Cl', NO3", So4', e Po43".Furthermore, the first conductive material and the second conductive material may include organic or non-organic materials, for example, such conductive materials may include polymers, or may include non-organic compounds which are conductive. In another exemplary embodiment of the present invention the inorganic material may include carbon, metals or metal oxides. Furthermore, the first and second electrodes may be formed of, or contain, the same materials as each other. Alternatively, the first and second electrodes may employ different materials from one another, or placement or amounts of the same materials may be differentiated. Additionally, in some embodiments of the present invention, the first conductive material and the second conductive material may be reversibly doped. In these embodiments the first and second materials may or may be the same. In one exemplary embodiment of the present invention, the doping elements may include both anions and cations. Examples of cations, which should not be construed as limiting the present invention, include: Li ", Na +, K +, NH4 +, Mg2 +, Ca2 +, Zn 2+, Fe2 +, Al3 +, or any combination derived therefrom. which should not be construed as limiting the present invention include: Cl ', NO3 ", So4', and Po43".

Quanto aos polímeros condutores, têm-se como os adequados um ou mais dentre os: polipirrol, politiofeno, ou polianilina. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, os polímeros condutores podem incluir o sulfônico, o cloreto, o fluoreto, a alquila, o fenil, derivados do polipirrol, politiofeno, ou polianilina. Em uma das formas de realização para a presente invenção, o material condutor pode incluir o carbono, ou os materiais com base no carbono. Entre os materiais com base no carbono e que sejam adequados podemos incluir as partículas de carbono ativado, as partículas de carbono poroso, as fibras de carbono, os nano tubos de carbono e os aero géis de carbono. Dentre os materiais que são adequados para o uso com o primeiro composto condutor e o segundo composto condutor podem-se incluir os carbonetos de titânio, o zircônio, o vanádio, o tântalo, o tungstênio e o nióbio. Como outros materiais adequados para o uso com o primeiro composto condutor e o segundo composto condutor podem-se incluir o magnésio e o ferro. Em uma das formas exemplares de realização para a presente invenção, o material condutor pode incluir pós os quais possuem partículas de tamanhos na ordem de grandeza de nano escala. Entre os pós adequados em nano escala podem incluir os materiais com base em ferrita.As for conductive polymers, one or more of the suitable polymers are polypyrrole, polythiophene or polyaniline. In some embodiments for the present invention, conductive polymers may include sulfonic, chloride, fluoride, alkyl, phenyl, polypyrrole derivatives, polythiophene, or polyaniline. In one embodiment of the present invention, the conductive material may include carbon, or carbon-based materials. Suitable carbon-based materials may include activated carbon particles, porous carbon particles, carbon fibers, carbon nanotubes and carbon air gels. Suitable materials for use with the first conductive compound and the second conductive compound may include titanium carbides, zirconium, vanadium, tantalum, tungsten and niobium. Other materials suitable for use with the first conductive compound and the second conductive compound may include magnesium and iron. In one of the exemplary embodiments of the present invention, the conductive material may include powders which have nanoscale sized particles. Suitable nanoscale powders may include ferrite based materials.

De uma forma adicional, materiais de preenchimento elétricos também podem vir a ser usados em conjunto com os materiais condutores. Assim como também adesivos, endurecedores, ou catalisadores podem vir a ser empregados com os materiais condutores. Os materiais de preenchimento, ou aditivos, podem afetar um ou mais atributos dos materiais condutores, tais como a menor largura, a viscosidade, o perfil de cura, a adesão, as propriedades elétricas, a resistência química (como por exemplo, a resistência a umidade, a resistência a solventes), a transição para vidro, a condutividade térmica, a temperatura de distorção pelo calor, e os similares. O elemento de preenchimento pode possuir um diâmetro médio de partículas de menos de 500 micrometros. Em uma das formas de realização para a presente invenção, o material de preenchimento pode possuir partículas de diâmetro médio na faixa de em torno de 1 nanômetro até em torno de 5 nanômetros, na faixa de em torno de 5 nanômetros até em torno de 10 nanômetros, na faixa de em torno de 10 nanômetro até em torno de 50 nanômetros, na faixa de em tomo de 50 nanômetro até em torno de 100 nanômetros, na faixa de em torno de 100 nanômetro até em torno de 1.000 nanômetros, na faixa de em torno de 1 micrômetro até em torno de 50 micrometros, na faixa de em torno de 1 micrometro até em torno de 50 micrometros, na faixa de em torno de 50 micrometros até em torno de 100 micrometros, na faixa de em torno de 100 micrometros até em torno de 250 micrometros, na faixa de em torno de 250 micrometros até em torno de 500 micrômétros, ou maior do que em torno de 500 nanômetros.In addition, electrical filler materials may also be used in conjunction with conductive materials. As well as adhesives, hardeners, or catalysts may be employed with conductive materials. Fillers, or additives, may affect one or more attributes of conductive materials, such as smaller width, viscosity, curing profile, adhesion, electrical properties, chemical resistance (such as resistance to humidity, solvent resistance), the transition to glass, thermal conductivity, heat distortion temperature, and the like. The filler may have an average particle diameter of less than 500 micrometers. In one embodiment of the present invention, the filler material may have medium diameter particles in the range of from about 1 nanometer to about 5 nanometers, in the range of from about 5 nanometers to about 10 nanometers. , in the range of about 10 nanometers to around 50 nanometers, in the range of around 50 nanometers to around 100 nanometers, in the range of around 100 nanometers to around 1,000 nanometers, in the range of around 1 micrometer to around 50 micrometers, in the range from about 1 micrometer to around 50 micrometers, in the range of around 50 micrometers to around 100 micrometers, in the range of around 100 micrometers to about 250 micrometers, in the range of about 250 micrometers to about 500 micrometers, or larger than about 500 nanometers.

Em algumas formas de realização para a presente invenção, as partículas do material de preenchimento podem possuir formatos e tamanhos os quais podem vir a ser selecionados com base no critério específico da aplicação. Formas adequadas podem incluir uma ou mais partículas esféricas, partículas semi-esféricas, varas, fibras, formas geométricas, e similares. As partículas podem ser ocas, ou de centro sólido, também podem ser porosas. Partículas longas, tais como as fibras podem possuir comprimentos que se diferem das larguras.In some embodiments for the present invention, the filler particles may have shapes and sizes which may be selected based on the specific application criterion. Suitable shapes may include one or more spherical particles, semi-spherical particles, sticks, fibers, geometric shapes, and the like. The particles may be hollow, or solid center, may also be porous. Long particles such as fibers may have lengths that differ from widths.

Em uma das formas de realização para a presente invenção onde que um polímero condutor elétrico é empregado como um material condutor, a capacitância da célula pode ser aumentada devido ao mecanismo reversível de Faraday, ou ao mecanismo de transferência de elétrons dos polímeros. Em uma forma exemplar de realização para a presente invenção, a capacitância da célula pode ser incrementada de em torno de 3 vezes até em torno de 5 vezes. Tais valores de capacitância são maiores do que os valores de capacitância de célula, esta célula, empregando materiais ativos de carbono. Em algumas formas de realização para a presente invenção, a capacitância da célula empregada usando compostos poliméricos podem se encontrar na faixa de em torno de 100 Farad por grama a até em torno de 800 Farad por grama. Devido aos valores de capacitância alternativos, o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, cada, podem absorver uma quantidade considerável de íons nas suas respectivas superfícies, sem que venham a requerer alta pressão de operação, ou de reações eletroquímicas, e desta forma resultando em um consumo relativamente menor de energia, quando se compara com os sistemas que empregam outras técnicas de destilação.In one embodiment of the present invention where an electrical conductive polymer is employed as a conductive material, the capacitance of the cell may be increased due to the reversible Faraday mechanism, or the electron transfer mechanism of the polymers. In an exemplary embodiment of the present invention, the capacitance of the cell may be increased from about 3 times to about 5 times. Such capacitance values are higher than the capacitance values of this cell, employing carbon active materials. In some embodiments for the present invention, the cell capacitance employed using polymeric compounds may range from about 100 Farad per gram to up to about 800 Farad per gram. Due to the alternating capacitance values, the first electrode and the second electrode can each absorb a considerable amount of ions on their respective surfaces without requiring high operating pressure or electrochemical reactions, and thus resulting in a relatively lower energy consumption when compared to systems employing other distillation techniques.

Uma grande área de superfície dos polímeros condutores pode facilitar o depósito de uma quantidade relativamente alta de íons de tal forma que um dispositivo com uma eficiência similar pode possuir um tamanho ou uma pegada relativamente menor. Da forma como é empregada por esta presente descrição, o termo “pegada” se refere ao número se células de dessalinização supercapacitivas empregadas por uma dada pilha, ou o número de pilhas de dessalinização supercapacitivas empregadas em um projeto para que se atinja uma certa produtividade pré-determinada. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, a pegada de um dispositivo de dessalinização supercapacitivo 200 pode ser maior do que 1 célula de dessalinização supercapacitiva. Em uma das formas de realização para a presente invenção, a pegada de um dispositivo de dessalinização supercapacitivo 200 pode vir a ser menor do que 1.000 células de dessalinização supercapacitivas. Em uma forma de realização para a presente invenção, a pegada pode sem encontrar na faixa de em torno de 1 célula de dessalinização supercapacitiva até em torno de 10 células de dessalinização supercapacitivas, de em torno de 10 células de dessalinização supercapacitivas até em torno de 100 células de dessalinização supercapacitivas, ou então, em torno de 100 células de dessalinização supercapacitivas a até em tomo de 500 células de dessalinização supercapacitivas.A large surface area of conductive polymers can facilitate the deposition of a relatively high amount of ions such that a device of similar efficiency may have a relatively smaller size or footprint. As used by this disclosure, the term "footprint" refers to the number of supercapacity desalination cells employed by a given stack, or the number of supercapacity desalination cells employed in a project to achieve certain pre-productivity. -determined. In some embodiments of the present invention, the footprint of a supercapacitive desalination device 200 may be larger than 1 supercapacitive desalination cell. In one embodiment of the present invention, the footprint of a supercapacitive desalination device 200 may be less than 1,000 supercapacitive desalination cells. In one embodiment of the present invention, the footprint may not be in the range of about 1 supercapacitive desalination cell to about 10 supercapacitive desalination cells, from about 10 supercapacitive desalination cells to about 100 supercapacitous desalination cells, or about 100 supercapacity desalination cells to up to about 500 supercapacity desalination cells.

Apesar de que nas formas de realização para a presente invenção que foram ilustradas, o primeiro e o segundo eletrodos sejam formatados como uma chapa as quais são dispostas paralelas uma com relação a outra, para que se forme uma estrutura de pilha, em outras formas de realização para a presente invenção, o primeiro e o segundo eletrodos podem possuir formatos diferentes. Tais formatos podem incluir configurações enrugadas e de vasilhas. Em uma das formas de realização para a presente invenção, o primeiro e o segundo eletrodos podem ser dispostos de uma forma concêntrica, um com relação ao outro, em um arranjo de rolo.Although in the illustrated embodiments of the present invention, the first and second electrodes are shaped like a plate which are arranged parallel to one another to form a stack structure in other embodiments. In this embodiment, the first and second electrodes may have different shapes. Such formats may include wrinkled and canister configurations. In one embodiment of the present invention, the first and second electrodes may be arranged concentric with respect to each other in a roll arrangement.

Entre os espaçadores isolantes elétricos adequados podem- se incluir os polímeros isolantes elétricos. Entre os polímeros isolantes elétricos adequados podem-se incluir os matérias com base em olefinas. Entre os materiais adequados de olefinas podem ser incluídos o polietileno e o polipropileno, os quais podem receber a adição de um halogênio. Entre outros polímeros isolantes elétricos adequados, podem ser inclusos, por exemplo, o cloreto de poli vinil, o politetrafluoretileno, a polissulfona, o éter poliarilênico e o nylon. Além do mais, o espaçador isolante pode ter uma espessura que a qual faria em uma faixa de em torno de 0,0000010 centímetros a até em torno de 1 centímetro. Em uma das formas de realização para a presente invenção a espessura pode ser na faixa de em torno de 0,0000010 centímetros a até em torno de 0,00010 centímetros, na faixa de em torno 0,00010 centímetros a até em torno de 0,010 centímetros, na faixa de em torno 0,0010 centímetros a até em torno de 0,10 centímetros, ou então na faixa de em torno 0,10 centímetros a até em torno de 1 centímetro. O espaçador eletricamente isolante pode ser sob a forma de uma membrana, uma rede de captação, uma esteira, um filme, ou de uma onda. Para que se permita a comunicação de fluído, o espaçador eletricamente isolante pode ser poroso, perfurado, ou possuir canais de fluidos o quais se estendem de uma superfície principal para a outra. Os canais de fluidos, poros e perfurações, podem possuir um diâmetro médio menor do que 5 milímetros, e podem vir a ser configurados para que se incremente a turbulência do líquido que flui através. Em uma das formas de realização para a presente invenção, o diâmetro médio se encontra na faixa de em torno de 5 milímetros a até em torno de 4 milímetros, na faixa de em torno 4 milímetros a até em torno de 3 milímetros, na faixa de em torno 3 milímetros a até em torno de 2 milímetros, na faixa de em torno 2 milímetros a até em torno de 1 milímetro, na faixa de em torno 1 milímetro a até em torno de 0,5 milímetros. Com tal incremento na turbulência, podem-se ter efeitos positivos no desempenho do eletrodo aproximado. Em uma das formas de realização para a presente invenção, uma rede é usada de tal forma que os filamentos não sejam coplanares. Os filamentos fora do plano podem incrementar a turbulência do líquido que flui através do sistema.Suitable electrical insulating spacers may include electrical insulating polymers. Suitable electrical insulating polymers may include olefin-based materials. Suitable olefin materials may include polyethylene and polypropylene, which may receive the addition of a halogen. Other suitable electrical insulating polymers may include, for example, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyarylene ether and nylon. In addition, the insulating spacer may have a thickness which it would make in a range of from about 0.0000010 centimeters to about 1 centimeter. In one embodiment of the present invention the thickness may be in the range from about 0.0000010 centimeters to up to about 0.00010 centimeters, in the range from around 0.00010 centimeters to up to about 0.010 centimeters. , in the range of about 0.0010 centimeters to about 0.10 centimeters, or in the range of about 0.10 centimeters to about 1 centimeter. The electrically insulating spacer may be in the form of a membrane, a pickup network, a mat, a film, or a wave. To allow fluid communication, the electrically insulating spacer may be porous, perforated, or have fluid channels extending from one main surface to the other. Fluid channels, pores and perforations may have an average diameter of less than 5 millimeters, and may be configured to increase the turbulence of the liquid flowing through. In one embodiment of the present invention, the average diameter is in the range of from about 5 millimeters to about 4 millimeters, in the range of from about 4 millimeters to about 3 millimeters, in the range. around 3 mm to up to around 2 mm, in the range of around 2 mm to up to around 1 mm, in the range from around 1 mm to up to around 0.5 mm. With such an increase in turbulence, positive effects on the approximate electrode performance can be had. In one embodiment of the present invention, a net is used such that the filaments are not coplanar. Off-plane filaments can increase the turbulence of the liquid flowing through the system.

Além do mais, da forma como é ilustrada, cada uma das células pode incluir um coletor de corrente 30, os quais são acoplados ao primeiro e ao segundo eletrodos. Os coletores de corrente conduzem elétrons. A seleção dos materiais para o coletor de corrente 30 e os parâmetros operacionais podem ser afetados pelo consumo de energia a vida útil da célula. Por exemplo, uma resistência de alto contato entre um dos eletrodos e o coletor correspondente pode resultar em um alto consumo de energia. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, o material condutor, ou o primeiro e o segundo eletrodos da célula podem ser depositados no coletor de corrente correspondente. Em tais formas de realização para a presente invenção, os materiais condutores dos eletrodos podem ser depositados na superfície do coletor por meio de uma ou mais técnicas de deposição. Entre as técnicas que são adequadas para a deposição, podem-se incluir a pulverização catódica, a pulverização, o revestimento por rotação, a impressão, a imersão, ou outro tipo de revestimento.Furthermore, as illustrated, each cell may include a current collector 30 which are coupled to the first and second electrodes. Current collectors conduct electrons. The selection of materials for current collector 30 and operating parameters may be affected by power consumption and cell life. For example, a high contact resistance between one of the electrodes and the corresponding collector may result in high power consumption. In some embodiments for the present invention, the conductive material, or the first and second electrodes of the cell may be deposited on the corresponding current collector. In such embodiments for the present invention, electrode conductive materials may be deposited on the collector surface by one or more deposition techniques. Techniques that are suitable for deposition may include sputtering, spraying, spin coating, printing, dipping, or other coating.

Um coletor de corrente adequado pode ser formado como uma lâmina metálica, ou uma rede. O coletor de corrente pode incluir um material condutor elétrico. Entre os materiais condutores de eletricidade adequados podem vir a ser incluídos um ou mais entre os seguintes: alumínio, cobre, níquel, titânio, platina ou paladino. Outros materiais condutores de energia elétrica adequados podem incluir o irídio e o ródio, um ou ambos, ou uma liga de irídio ou uma liga de ródio. Em uma das formas de realização para a presente invenção, o coletor de corrente pode ser uma rede de titânio. Em uma das formas de realização para a presente invenção o coletor de corrente pode possuir um núcleo de metal, com um outro metal disposto na superfície deste. Em uma outra das formas de realização para a presente invenção, o coletor de corrente pode incluir papel/feltro de carbono, ou um material condutor a base de carbono.A suitable current collector may be formed as a metal blade, or a mesh. The current collector may include an electrical conductive material. Suitable electrically conductive materials may include one or more of the following: aluminum, copper, nickel, titanium, platinum or paladin. Other suitable conductive materials may include iridium and rhodium, one or both, or an iridium alloy or a rhodium alloy. In one embodiment of the present invention, the current collector may be a titanium mesh. In one embodiment of the present invention the current collector may have a metal core with another metal disposed on the surface thereof. In another embodiment of the present invention, the current collector may include paper / carbon felt, or a carbon based conductive material.

A pilha pode, de forma adicional, incluir pratos de suporte 32, para que se propicie estabilidade mecânica para a estrutura. Entre as placas 5 adequadas de suportem podem ser inclusos um ou mais materiais que são selecionados a partir de plásticos ou metais. Entre os metais adequados, podem ser incluídos os metais nobres, e as ligas baseadas em ferro, tal como, por exemplo, o aço inoxidável. Entre os plásticos que são adequados, podem ser incluídos os plásticos termo estáveis, tais como os acrílicos, os uretanos, os epóxis e os similares; e os termo plásticos tais 10 como, por exemplo, os policarbonatos, o cloreto de poli vinil (PVC) e as poliolefinas. Entre as poliolefinas que são adequadas podem ser incluídos o polietileno e o polipropileno.The stack may additionally include support plates 32 for providing mechanical stability to the structure. Suitable support plates 5 may include one or more materials which are selected from plastics or metals. Suitable metals include noble metals, and iron based alloys such as, for example, stainless steel. Suitable plastics may include thermo stable plastics such as acrylics, urethanes, epoxies and the like; and thermo plastics such as, for example, polycarbonates, polyvinyl chloride (PVC) and polyolefins. Suitable polyolefins may include polyethylene and polypropylene.

As placas de suporte podem vir a agir como contatos elétricos para a pilha, para que provenham a comunicação elétrica entre a pilha e a fonte de energia, ou o transformador de recuperação de energia. Na forma de realização que é ilustrada, as placas de suporte, os eletrodos, e os coletores de corrente podem definir aberturas, ou furos 21, para que se dirija o fluxo do líquido, e para que se defina o caminho do fluxo hidráulico entre o par de eletrodos. Da forma como é ilustrada, o líquido é dirigido dentro da célula a partir da direção que é indicada pela seta de direção que é rotulada com o número de referência 22. Depois de adentrar a célula, o líquido é dirigido de tal forma que faz contato, e flui através, da superfície do eletrodo correspondente da forma como é indicada por meio do caminho do fluxo hidráulico que é indicado por meio da seta de direção a qual é nomeada com o número de referência 23. Os líquidos podem fluir de tal forma que o líquido atravesse através matriz de antenas máxima porção da superfície do eletrodo correspondente. Quanto maior o tempo de permanência, ou o tempo de contato entre os líquidos e a superfície do eletrodo, maior é a absorção das partículas carregadas ou dos íons a partir do líquido para a superfície do eletrodo. Isto é, um maior tempo de contato entre líquidos e a superfície dos eletrodos podem resultar em um menor tempo de iteração é necessário para que se reduza a concentração das partículas carregadas no líquido, para um valor pré-determinado. De forma subseqüente,Support plates may act as electrical contacts to the battery to provide electrical communication between the battery and the power source, or the power recovery transformer. In the embodiment illustrated, the support plates, electrodes, and current collectors may define openings, or holes 21, for directing liquid flow, and for defining the path of hydraulic flow between the pair of electrodes. As illustrated, the liquid is directed into the cell from the direction indicated by the direction arrow which is labeled with reference numeral 22. After entering the cell, the liquid is directed in such a way that it makes contact. , and flows through, the corresponding electrode surface as indicated by the hydraulic flow path which is indicated by the direction arrow which is designated with reference numeral 23. Liquids may flow in such a way that the liquid crosses through the antenna array maximum portion of the corresponding electrode surface. The longer the residence time, or the contact time between liquids and the electrode surface, the greater the absorption of charged particles or ions from the liquid to the electrode surface. That is, a longer contact time between liquid and electrode surface may result in a shorter iteration time is required to reduce the concentration of charged particles in the liquid to a predetermined value. Subsequently,

i líquido deixa a célula da forma como é indicada por meio da seta de direção a qual é rotulada com o número de referência 25.The liquid leaves the cell as indicated by the direction arrow which is labeled with reference numeral 25.

Enquanto que a pilha da figura 2 é descrita com referência aos seus incorporados em um vaso de dessalinização, em uma das formas alternativas 35 de realização para a presente invenção, a pilha pode também ser empregada sem o uso do vaso de dessalinização. De fato, da forma como é ilustrada por meio de figura 3, a pilha, incluindo as células, podem ser entremeadas entre as placas de suporte, sem que se use o vaso de dessalinização. O aplicar de forças mecânicas as placas de suporte pode manter a pilha junta. Da forma como foi anteriormente descrita, cada célula inclui eletrodos separados por meio de em espaçador isolante. Além do mais, coletores de corrente são acoplados ao primeiro e ao segundo eletrodos. De acordo com a forma de realização para a presente invenção que é indicada por meio da figura 3, o engaste e o escoadouro se alinham com aberturas nas placas de suporte para permitir com que o líquido flua através da pilha, da forma como é descrita por meio da figura 2.While the stack of Figure 2 is described with reference to its incorporated in a desalination vessel, in one of the alternative embodiments for the present invention, the stack may also be employed without the use of the desalination vessel. Indeed, as illustrated by Figure 3, the stack, including the cells, can be interspersed between the support plates without using the desalination vessel. Applying mechanical forces to the support plates can hold the stack together. As previously described, each cell includes electrodes separated by means of insulating spacer. In addition, current collectors are coupled to the first and second electrodes. According to the embodiment of the present invention which is indicated by means of Figure 3, the crevice and outlet align with openings in the support plates to allow liquid to flow through the stack as described by middle of figure 2.

Como um exemplo comparativo, um sistema SCD convencional opera por meio da alternância entre os passos da carga e da descarga. Em um sistema convencional, a água alimentada aos passos de carga e descarga é fornecida a partir da mesma fonte de água. Durante a operação no modo de carga, a água é alimentada para dentro do sistema SCD para que se remova o sal ou outras impuridades a partir do fluxo. Da mesma forma, o sistema SCD, durante o modo de operação de carga (isto é, o “fluxo diluído) possui uma menor salinidade do que o fluxo alimentado. Durante o modo de operação de descarga, quando as células SCD têm o sal, ou outras impurezas, eliminado, o sal ou outras impurezas são liberadas das células SCD para o fluxo de alimentação que está entrando, e desta forrna o produto durante o modo de descarga de operação (isto é, o “fluxo concentrado”) é mais salino do que o fluxo alimentado. Porque o fluxo concentrado é mais salino do que o fluxo alimentado, ele pode ser considerado água de despejo, a ser eliminada.As a comparative example, a conventional SCD system operates by alternating between the loading and unloading steps. In a conventional system, water fed to the loading and unloading steps is supplied from the same water source. During operation in charge mode, water is fed into the SCD system to remove salt or other impurities from the flow. Similarly, the SCD system during load operation mode (ie “diluted flow”) has lower salinity than the fed flow. During flush operation mode, when SCD cells have salt or other impurities eliminated, salt or other impurities are released from SCD cells into the incoming feed stream, and this forms the product during flush mode. Operating discharge (ie “concentrated flow”) is more saline than the fed flow. Because the concentrated stream is more saline than the fed stream, it can be considered as dump water to be eliminated.

Formas de realização para a presente invenção operam em contraste com o exemplo de comparação acima. Um sistema SCD de descarga de líquido zero (ZLD) é fornecido possuindo os modos de operação definidos. Um princípio de SCDEmbodiments for the present invention operate in contrast to the comparison example above. An SCD Zero Liquid Discharge (ZLD) system is provided having defined operating modes. A principle of SCD

- ZLD é apresentado por meio das figuras 4 e 5. De acordo com as formas de realização para a presente invenção, água saturada, ou supersaturada é alimentada dentro do dispositivo de dessalinização supercapacitivo durante o passo de descarga, enquanto que a alimentação de água normal é efetuada para o dispositivo de dessalinização supercapacitivo durante o passo de carga. Alem do sal, a água pode, ou não, conter outros sais os quais podem, ou não, serem saturados ou supersaturados. Além do mais, este sal, e a água podem, ou não, conter outros sais os quais podem, ou não, serem saturados ou supersaturados.ZLD is shown by means of Figures 4 and 5. According to embodiments of the present invention, saturated or supersaturated water is fed into the supercapacity desalination device during the discharge step, whereas normal water feed is performed for the supercapacity desalination device during the loading step. In addition to salt, water may or may not contain other salts which may or may not be saturated or supersaturated. Moreover, this salt and water may or may not contain other salts which may or may not be saturated or supersaturated.

Em algumas das formas de realização para a presente invenção, a água saturada ou supersaturada (o fluxo concentrado) é continuamente circulada e reutilizada para os passos de descarga. Da mesma forma, o grau de supersaturação do fluxo é incrementado de forma contínua na medida em que a descarga é continuada. Como um dos resultados, o grau de saturação irá se incrementar até um ponto onde que a precipitação começa a ocorrer. Quando a taxa de precipitação no passo de descarga se iguala a taxa de remoção de sal ao passo da carga, o grau de supersaturação do fluxo concentrado não irá mais incrementar e um equilíbrio será estabelecido. De uma forma que é vantajosa, de acordo com o sistema que foi descrito, o volume da água descarregada não aumenta com o número de ciclos, e desta forma, a descarga de líquido do sistema é zero, ou muito próxima de zero. O sistema SCD - ZLD reduz de uma forma bem vantajosa, ou elimina, a quantidade de líquido desperdiçado, e desta forma propicia vantagens sobre os sistemas de tratamento de água típicos.In some embodiments for the present invention, saturated or supersaturated water (the concentrated stream) is continuously circulated and reused for the discharge steps. Similarly, the degree of supersaturation of the flow is continuously increased as the discharge is continued. As a result, the degree of saturation will increase to a point where precipitation begins to occur. When the precipitation rate at the discharge step equals the salt removal rate at the charge step, the degree of supersaturation of the concentrated stream will no longer increase and an equilibrium will be established. Advantageously, according to the system that has been described, the volume of water discharged does not increase with the number of cycles, and thus the system liquid discharge is zero, or very close to zero. The SCD - ZLD system advantageously reduces or eliminates the amount of wasted liquid, and thus provides advantages over typical water treatment systems.

Fazendo-se uma breve referência a figura 4, uma célula 16 exemplar é ilustrada no modo de operação de carga. Da forma como foi anteriormente descrita, a célula SCD 16 incluem de uma forma normal os eletrodos 24 e 26. Os eletrodos 24 e 26 são acoplados eletricamente acoplados a uma fonte de energia (que não é exibida), e carregada de forma oposta. A fonte de energia tanto pode agir como um transformador de recuperação de energia, ou pode se encontrar em associação operacional com o transformador de energia. Da mesma forma, durante a operação no modo de carga, a célula SCD 16 armazena energia. De acordo com a forma de realização para a presente invenção que é ilustrada, o eletrodo 24 é acoplado ao terminal negativo da fonte de energia e age como um eletrodo negativo. De forma similar, o eletrodo 26 é acoplado ao terminai positivo da fonte de energia e age como um eietrodo positivo. Da forma como foi anteriormente descrita e ilustrada com referência a figura 2, um espaçador isolante pode também ser disposto entre dois eletrodos carregados opostamente. Durante o modo de operação de carga, um fluxo de alimentação 34 o qual possui partículas carregadas é alimentado para dentro da célula SCD. Quando o fluxo de alimentação 34 passa entre os eletrodos, as partículas carregadas, ou os íons do fluxo de líquido alimentado, se acumulam nos eletrodos. Da forma como é ilustrada, os cátions 36 se movem em direção ao eletrodo negativo, e os anions 38 se movem em direção ao eletrodo positivo. Como um resultado deste processo de acumulação de carga dentro da célula, um fluxo diluído 40 (o líquido de saída) que provem da célula possui uma menor concentração de partículas carregadas, quando comparada ao líquido o qual é alimentado para dentro da célula.Referring briefly to Figure 4, an exemplary cell 16 is illustrated in the charge operation mode. As previously described, SCD cell 16 typically includes electrodes 24 and 26. Electrodes 24 and 26 are electrically coupled to a power source (not shown), and charged opposite. The power source may either act as an energy recovery transformer, or may be in operational association with the power transformer. Similarly, during charging mode operation, SCD cell 16 stores energy. According to the illustrated embodiment of the present invention, electrode 24 is coupled to the negative terminal of the power source and acts as a negative electrode. Similarly, electrode 26 is coupled to the positive terminal of the power source and acts as a positive electrode. As previously described and illustrated with reference to Figure 2, an insulating spacer may also be disposed between two oppositely charged electrodes. During charge operation mode, a feed stream 34 which has charged particles is fed into the SCD cell. When the feed stream 34 passes between the electrodes, charged particles, or ions of the liquid feed stream, accumulate on the electrodes. As illustrated, cations 36 move toward the negative electrode, and anions 38 move toward the positive electrode. As a result of this charge accumulation process within the cell, a dilute flow 40 (the outlet liquid) from the cell has a lower concentration of charged particles as compared to the liquid which is fed into the cell.

Como foi observado acima, em algumas das formas de realização para a presente invenção, o fluxo diluído pode ser submetido a desionização por meio de do alimentar deste através de outra célula similar à célula, ou por alimentá-la de volta à célula, como um fluxo de alimentação. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, diversas de tais células podem ser empregadas em uma pilha, da forma como foi anteriormente descrita. O sistema pode também incluir diversas pilhas. De uma forma alternativa, o fluxo diluído pode então ser alimentado para um outro tipo de dispositivo de dessalinização, tal como uma unidade de osmose reversa (que não é exibido), para um tratamento adicional.As noted above, in some embodiments of the present invention, the diluted flow may be deionized by feeding it through another cell similar to the cell, or by feeding it back to the cell as a feed flow. In some embodiments for the present invention, several such cells may be employed in a stack as described above. The system may also include several batteries. Alternatively, the diluted flow may then be fed to another type of desalination device, such as a reverse osmosis unit (which is not shown), for further treatment.

Da forma como é exibido e ilustrado por meio da figura 4, durante a carga da célula SCD, partículas carregadas (anions e cátions) a partir do fluxo de alimentação são acumulados na superfície dos eletrodos carregados com cargas opostas. A acumulação de partículas carregadas nos eletrodos continua até que a célula seja descarregada, um limite de saturação seja atingido, ou a resistência específica da camada de íons seja d em torno do mesmo potencial de tensão do eletrodo.As shown and illustrated by Figure 4, during charge of the SCD cell, charged particles (anions and cations) from the feed stream are accumulated on the surface of the electrodes charged with opposite charges. Accumulation of charged particles on the electrodes continues until the cell is discharged, a saturation limit is reached, or the specific ion layer resistance is d around the same electrode voltage potential.

A figura 5 ilustra a célula durante o modo de operação de descarga. Durante o modo de operação do modo de descarga, a célula libera a energia armazenada que é capturada durante o modo de operação de carga. As partículas carregadas são absorvidas das superfícies dos eletrodos. E ao invés de se utilizar o mesmo fluxo da alimentação durante os modos de operação de carga e de descarga, um diferente fluxo de alimentação pode ser alimentado a partir de uma diferente fonte para dentro da célula, durante o modo de operação de descarga, e desta forma reduzindo a quantidade de líquido descarregado e o qual precisa ser eliminado. De uma forma mais específica, um fluxo de alimentação saturado 42 é alimentado para dentro da célula durante o modo de operação de descarga. Desta forma, na forma de realização para a presente invenção ilustrada, no modo de operação de descarga da célula, os cátions e os anions são removidos das superfícies dos eletrodos e movidos para fora da célula, juntamente com o fluxo de alimentação saturado, e desta forma produzindo o fluxo de descarga 44, o qual pode então ser reciclado e regenerado de forma repetida, para cada modo de operação de descarga. Durante o modo de operação de descarga, o líquido que chega da célula de dessalinização supercapacitiva (fluxo de descarga 44) será maior do que uma concentração iônica, quando comparado ao fluxo de alimentação saturado 42 o qual é alimentado para dentro da célula de dessalinização supercapacitiva. O fluxo de descarga 44 pode ser mais saturado do que o fluxo de alimentação, e pode ser supersaturado.Figure 5 illustrates the cell during discharge operation mode. During discharge mode operation mode, the cell releases stored energy that is captured during charge operation mode. The charged particles are absorbed from the electrode surfaces. And instead of using the same feed stream during the load and unload operation modes, a different feed flow can be fed from a different source into the cell during the unload operation mode, and thus reducing the amount of liquid discharged and which needs to be disposed of. More specifically, a saturated feed stream 42 is fed into the cell during discharge operation mode. Thus, in the illustrated embodiment of the present invention, in the cell discharge operation mode, the cations and anions are removed from the electrode surfaces and moved out of the cell along with the saturated feed flow and from it. producing the discharge stream 44, which can then be recycled and regenerated repeatedly for each discharge operation mode. During the discharge operating mode, the liquid arriving from the supercapacity desalination cell (discharge flow 44) will be greater than an ionic concentration when compared to the saturated feed flow 42 which is fed into the supercapacitive desalination cell. . The discharge stream 44 may be more saturated than the feed stream, and may be supersaturated.

Como foi observado acima, quando o modo de operação do supercapacitor de dessalinização é transferido do modo de operação de carga para o modo de operação de descarga, existe a liberação de energia no sistema, de forma similar a energia que é liberada quando uma bateria vai do modo de operação de totalmente carregada para o modo da operação de descarga. Em algumas das formas de realização para a presente invenção, pode ser que seja desejável que se recolha esta energia para o uso. O sistema de dessalinização pode incluir um dispositivo de recuperação de energia, tal qual um transformador (o qual não é exibido). Desta forma, a célula também pode se encontrar em comunicação com o dispositivo de recuperação de energia.As noted above, when the desalination supercapacitor operating mode is shifted from the charging operating mode to the discharge operating mode, there is energy release in the system, similar to the energy that is released when a battery is discharged. from fully charged operation mode to discharge operation mode. In some embodiments for the present invention, it may be desirable to collect this energy for use. The desalination system may include an energy recovery device such as a transformer (which is not displayed). In this way, the cell can also be in communication with the energy recovery device.

No modo de operação de carga, o conversor direciona a energia fornecida de uma fonte de energia, tal como por exemplo, uma bateria (que não é exibida) ou de uma rede elétrica para a célula. No modo oposto, no modo de operação de descarga, o conversor redireciona, ou recupera, a energia elétrica que é liberada pela célula. Este redirecionamento, ou recuperação de energia pode ser, pelo menos parcialmente, transferido ao equipamento de armazenamento de energia, tal como a bateria ou a rede. Por exemplo, essa energia recuperada a partir da célula pode ser usada em um estágio mais tardio, enquanto que se carrega a célula, uma célula diferente 5 da pilha de células, ou por células diferentes na pilha. O conversor de energia recuperada pode ser referido como um conversor bi-direcional considerando-se que existem duas direções do fluxo de energia através do conversor. Por exemplo, a energia pode taxa de transferência fluir a partir da pilha para a rede, ou barramento, como da rede, ou barramento, para a pilha. Em algumas das formas preferenciais de realização para a 10 presente invenção, o conversor pode recuperar a energia da célula que descarrega na forma de corrente contínua, no modo de operação de descarga e mais tarde transferir essa energia para a célula na forma de corrente contínua para que se carregue a célula a partir do estado de carga para um estado de descarga.In charge operation mode, the drive directs the supplied power from a power source, such as a battery (not shown) or from a power grid to the cell. In the opposite mode, in discharge operation mode, the converter redirects, or recovers, the electrical energy that is released by the cell. This redirection, or recovery of energy, may be at least partially transferred to energy storage equipment such as the battery or the network. For example, this energy recovered from the cell can be used at a later stage, while charging the cell, a different cell 5 from the cell stack, or from different cells in the stack. The reclaimed energy converter may be referred to as a bi-directional converter considering that there are two directions of the energy flow through the converter. For example, power throughput may flow from the stack to the grid, or bus, such as from the grid, or bus, to the stack. In some of the preferred embodiments for the present invention, the converter may recover energy from the discharging cell in direct current form in the discharge operating mode and later transfer that energy to the direct current cell to to charge the cell from the charge state to a discharge state.

Fazendo-se novamente referência a figura 5, o fluxo alimentado saturado pode ser alimentado para a célula a partir de um recurso recuperado, tai como, por exemplo, o tanque de recuperação 46. Da forma como é ilustrada, durante o modo de operação de descarga, o tanque de recuperação pode definir um Ioop de retro-alimentação. O Ioop de retro-alimentação pode fornecer o fluxo de alimentação saturado para a célula e receber o fluxo de descarga a partir da célula. Devido ao fato de que o mesmo fluxo recircula através da célula durante cada passo de descarga, o fluxo alimentado e o fluxo descarregado se tornam cada vez mais saturados na medida em que os passos de descarga continuam. Eventualmente, o líquido que foi recirculado, que neste presente trabalho também é referido como “água regenerada” ou “líquido regenerado”, irá se tornar saturado de tal forma que a precipitação se inicia e a precipitação de sólidos 48 se inicia a formar. O precipitado pode ser filtrado de tal forma que este permanece nos tanques de regeneração. O precipitado pode vir a ser removido do tanque de regeneração enquanto a célula não está sendo descarregada. Deste modo, para remover o precipitado, o sistema também pode incluir uma unidade de separação cristal. Unidades de operação adequadas podem incluir uma centrífuga, uma membrana de filtragem, uma válvula de sangria, uma espumadeira, uma unidade de filtragem, ou uma unidade de evaporação. Por este método de remoção dos sólidos ou da mistura dos semi-sólidos, pode haver um desperdício de líquido de zero, ou muito próximo de zero, no sistema que é apresentado neste presente trabalho. Quando a taxa de precipitação no passo de descarga se iguala à taxa de remoção de sal, no passo da carga, o grau de supersaturação do fluxo concentrado não ira incrementar e o equipamento pode então ser estabelecido. De acordo com o sistema descrito, o volume da água descarregada pode não aumentar com o número de ciclos, e desta forma, a descarga de líquido do sistema é zero, ou muito próxima de zero. Na medida em que a é precipitação ocorre na descarga do tanque de regeneração, a célula que é empregada no sistema SCD pode operar em combinação com um cristalizador, ou um recipiente o qual funciona como um cristalizador, para que se melhore a cristalização devido à supersaturação, da forma como será descrita na seqüência.Referring again to Figure 5, the saturated fed flow may be fed into the cell from a reclaimed resource, such as, for example, the recovery tank 46. As shown, during the reciprocating operation mode. discharge, the recovery tank can set a feedback loop Ioop. The feedback loop can provide saturated feed flow to the cell and receive the discharge flow from the cell. Because the same flow recirculates through the cell during each discharge step, the fed flow and discharged flow become increasingly saturated as the discharge steps continue. Eventually, the recirculated liquid, which in this present work is also referred to as "regenerated water" or "regenerated liquid", will become saturated such that precipitation begins and precipitation of solids 48 begins to form. The precipitate may be filtered such that it remains in the regeneration tanks. The precipitate may be removed from the regeneration tank while the cell is not being discharged. Thus, to remove the precipitate, the system may also include a crystal separation unit. Suitable operating units may include a centrifuge, a filtration membrane, a bleed valve, a skimmer, a filtration unit, or an evaporation unit. By this method of removing the solids or mixing the semisolids, there may be a liquid waste of zero, or very close to zero, in the system that is presented in this paper. When the precipitation rate at the discharge step equals the salt removal rate at the charge step, the degree of supersaturation of the concentrated stream will not increase and the equipment can then be established. According to the system described, the volume of water discharged may not increase with the number of cycles, and thus the system liquid discharge is zero, or very close to zero. As precipitation occurs at the discharge of the regeneration tank, the cell that is employed in the SCD system may operate in combination with a crystallizer, or a container which functions as a crystallizer, to improve crystallization due to supersaturation. , as described below.

O sistema descrito pode operar com o uso da mesma águaThe described system can operate using the same water.

regenerada indefinidamente durante os ciclos de descarga, de tal forma que nenhum dejeto de líquido precise ser descartado. Mas quando o fluxo muda de a partir da água regenerada (o modo de descarga da operação), para a água de alimentação normal (modo de operação de carga), uma parte da água de regeneração que é retida nas 10 células SCD durante o modo de operação de descarga pode se misturar no fluxo de alimentação durante o modo de operação de carga. Este efeito pode ter um efeito adverso na dessalinização. A magnitude desse adverso “efeito de mistura” depende da diferença da concentração entre a água de regeneração e o fluxo alimentado, da mesma forma que o volume da água regenerada que é retida nas células. Desta forma, se o fluxo 15 alimentado contém sais solúveis com moderação, a concentração dos sais que são dissolvidos na água de regeneração pode não ser alta (na faixa de em torno de 0,1 ppm a em torno de 10.000 ppm) devido à precipitação continua. Neste caso, o tempo de reuso possível da água de regeneração pode não ter limites. No entanto, quando o fluxo de alimentação contém sais altamente solúveis, por exemplo, o cloreto de sódio, a 20 concentração dos sais dissolvidos na água de regeneração pode ir a valores muito altos (na faixa de em torno de 20.000 ppm a até em torno de 200.000 ppm), onde que a penalidade do efeito de mistura no processo de dessalinização pode ser considerável. Para este caso, no caso da água de regeneração ser continuamente reutilizada, ciclo por ciclo, a concentração da água de regeneração pode ser incrementada até um ponto no 25 qual a penalidade devido ao efeito de mistura eqüivale à capacidade de dessalinização no passo da carga, o que reduz, ou elimina, a capacidade de dessalinização bruta, nos ciclos seguintes de dessalinização.regenerated indefinitely during discharge cycles so that no liquid waste needs to be disposed of. But when the flow changes from regenerated water (the operation discharge mode) to normal feed water (charge operation mode), a portion of the regeneration water that is retained in the 10 SCD cells during The unloading operation can mix in the feed stream during the load operation mode. This effect may have an adverse effect on desalination. The magnitude of this adverse “mixing effect” depends on the difference in concentration between regenerating water and fed flow, just as the volume of regenerated water that is retained in cells. Thus, if the feed stream 15 contains sparingly soluble salts, the concentration of salts that are dissolved in the regenerating water may not be high (in the range of about 0.1 ppm to around 10,000 ppm) due to precipitation. to be continued. In this case, the possible reuse time of the regeneration water may be unlimited. However, when the feed stream contains highly soluble salts, for example sodium chloride, the concentration of the dissolved salts in the regenerating water can be very high (in the range of about 20,000 ppm to around 200,000 ppm), where the penalty of the mixing effect on the desalination process can be considerable. In this case, in case the regenerating water is continuously reused, cycle by cycle, the concentration of the regenerating water may be increased to a point at which the penalty due to the mixing effect is equivalent to the desalination capacity at the load step, which reduces or eliminates gross desalination capacity in subsequent desalination cycles.

Para que se reduza, ou se elimine a penalidade que advém do efeito de mistura, diversas abordagens podem vir a ser aplicadas. Uma das 30 abordagens é a de se utilizar desvio em fase, ou seqüencial, para que se desvie o líquido para dentro do dispositivo de dessalinização supercapacitivo em um certo intervalo de tempo (por exemplo, 10 a 30 segundos) a frente do desvio do fluxo para fora do dispositivo de dessalinização supercapacitivo. Esta abordagem permite com que uma porção da água de regeneração contida nas células ao final do processo de descarga, 35 venha a ser retirado para ora do tanque de regeneração, o que irá reduzir a penalidade que é associada com o efeito de mistura. Uma outra abordagem para que se reduza o efeito de mistura é o de se bombear ar, ou um outro gás, para dentro do dispositivo de dessalinização supercapacitivo e empurrar a água retida para fora tanto quanto for possível antes do fluxo de alimentação ser reintroduzido no dispositivo de dessalinização supercapacitivo, durante o modo de operação de carga. Esta abordagem pode também reduzir a penalidade que é associada ao efeito de mistura. Ainda uma outra possível abordagem é a lavagem de água de alimentação. Por exemplo, ao fim do passo da 5 descarga, uma certa quantidade do fluxo alimentado pode ser usado para lavar o dispositivo de dessalinização supercapacitivo antes do escoadouro do dispositivo de dessalinização supercapacitivo esteja alternando para depositar o resultado da saída de líquido durante o modo de operação de carga da operação para seu destino alvo (por exemplo, um tanque de diluído para o armazenamento de água dessalinizada/usável). A 10 água que é usada para lavar o dispositivo de dessalinização supercapacitivo pode ser dirigida ao invés do tanque de regeneração ou para um recipiente separado. Caso esta abordagem venha a ser utilizada, alguma água de regeneração pode necessitar de ser removida do tanque de regeneração, para que se mantenha um volume fixo de água de regeneração. Para o uso durante a descarga. Um Iimitante desta técnica de lavagem 15 entre ciclos pode ser que a recuperação de alguma água venha a ser perdida. Além do mais, qualquer uma dessas abordagens podem ser empregadas em combinação. Por exemplo, a lavagem com alguma água de alimentação seguida pela lavagem por meio de um fluxo de ar pode ser utilizado.In order to reduce or eliminate the penalty resulting from the mixing effect, various approaches may be applied. One of the 30 approaches is to use phase or sequential drift to divert liquid into the supercapacity desalination device over a period of time (eg, 10 to 30 seconds) ahead of flow drift. out of the supercapacity desalination device. This approach allows a portion of the regeneration water contained in the cells at the end of the discharge process to be withdrawn to the regeneration tank, which will reduce the penalty that is associated with the mixing effect. Another approach for reducing the mixing effect is to pump air or another gas into the supercapacity desalination device and push the trapped water out as far as possible before the feed stream is reintroduced into the device. supercapacity desalination during loading operation mode. This approach can also reduce the penalty that is associated with the mixing effect. Yet another possible approach is the washing of feed water. For example, at the end of the discharge step, a certain amount of the fed stream may be used to flush the supercapacity desalination device before the drainage of the supercapacity desalination device is alternating to deposit the output of liquid during operation mode. operation load to its target destination (for example, a dilute tank for desalinated / usable water storage). The water that is used to wash the supercapacity desalination device may be directed instead of the regeneration tank or into a separate container. If this approach is to be used, some regeneration water may need to be removed from the regeneration tank to maintain a fixed volume of regeneration water. For use during unloading. One limitation of this inter-cycle washing technique may be that some water recovery may be lost. Moreover, either of these approaches may be employed in combination. For example, washing with some feed water followed by washing with an air flow may be used.

Uma consideração adicional do sistema apresentado por meio do presente trabalho envolve a “escalação”. A alta concentração de sal ou de soluto dissolvido no líquido de regeneração (por exemplo o fluxo de alimentação saturado e o fluxo de descarga) pode incrementar o potencial da escalação. Em uma das formas de realização para a presente invenção, um dispositivo de dessalinização supercapacitivo é carregado e descarregado de forma alternada, e um dispositivo de dessalinização supercapacitivo (e por conseqüência as células individuais) é exposto a ambos, o fluxo de alimentação normal e o fluxo de alimentação saturado de alta concentração, de forma alternada. Comparado com os sistemas RO, nos quais o fluxo concentrado sempre flui através de um espaçador concentrado durante a sua operação, a exposição reduzida e intermitente do dispositivo de dessalinização supercapacitivo para o fluxo de alimentação supersaturado reduz o potencial de escalação, quando comparado com o potencial de escalação dos sistemas RO.An additional consideration of the system presented through the present work involves "escalation". High concentration of dissolved salt or solute in the regeneration liquid (eg saturated feed flow and discharge flow) may increase the potential for scaling. In one embodiment of the present invention, a supercapacitive desalination device is charged and discharged alternately, and a supercapacitive desalination device (and therefore individual cells) is exposed to both normal feed flow and high concentration saturated feed flow alternately. Compared to RO systems where concentrated flow always flows through a concentrated spacer during operation, the reduced intermittent exposure of the supercapacity desalination device to the supersaturated feed stream reduces the scaling potential as compared to the potential of scaling of RO systems.

O sistema SCD o qual foi descrito pode proporcionar a redução do escalonamento quando comparado com os sistemas ERD, também. Como com os processos de dessalinização SCD, as câmeras EDR são também expostas com 35 diluído e concentrado de forma alternada. No entanto, é de amplo conhecimento que uma das maiores causas para que se escalonem os sistema EDR é a mudança do pH local devido à polarização das câmeras de diluição e o fato de que os OH- resultantes migram através da membrana de anions para a câmera de concentrado, onde que a concentração taxa de transferência dos anions quanto dos cátions são muito altas e a precipitação ocorre primeiramente sob certas condições. Como poderá ser percebido por todos aqueles indivíduos com fluência na arte, no processo SCD, não existe nem a polarização nem a mudança no pH local, durante os passos da descarga, e desta forma o risco de escalonamento diminui.The SCD system which has been described can provide scaling reduction compared to ERD systems, too. As with SCD desalination processes, EDR cameras are also exposed with alternate dilute and concentrate. However, it is well known that one of the major causes for scaling EDR systems is the change in local pH due to the polarization of dilution chambers and the fact that the resulting OH- migrate through the anion membrane to the chamber. where the concentration transfer rate of anions and cations are very high and precipitation occurs primarily under certain conditions. As will be appreciated by all those skilled in the art in the SCD process, there is neither polarization nor change in local pH during the discharge steps, and thus the risk of scaling decreases.

O dispositivo de dessalinização supercapacitivo pode possuir tanques de diluídos e de concentrados de forma alternada, um do outro. A concentração da água diluída limita a corrente operacional durante a operação de um sistema EDR; em contraste com a concentração a água diluída, somente limitando a corrente no dispositivo de dessalinização supercapacitivo durante os passos de carga. Esta característica faz com que a operação do dispositivo de dessalinização supercapacitivo seja relativamente mais flexível do que a operação dos sistemas EDR. Por exemplo, corrente baixas de operação com longos períodos de carga podem vir a ser empregados durante os passos de carga no dispositivo de dessalinização supercapacitivo para que se evite a polarização, enquanto que maiores as correntes de operação são empregadas durante pequenos intervalos de descarga. Esta relação pode vir a ser empregada enquanto que se mantém a mesma saída durante um ciclo, o qual pode reduzir o risco de escalonamento através de menos polarização e menor exposição de tempo aos líquidos de maiores concentrações.The supercapacity desalination device may have alternately diluted and concentrated tanks of one another. Concentration of diluted water limits operating current during operation of an EDR system; in contrast to the diluted water concentration, only limiting the current in the supercapacity desalination device during the loading steps. This feature makes the operation of the supercapacity desalination device relatively more flexible than the operation of EDR systems. For example, low operating currents with long load times may be employed during charging steps in the supercapacity desalination device to avoid polarization, while higher operating currents are employed during short discharge intervals. This ratio may be employed while maintaining the same output for one cycle, which may reduce the risk of scaling through less polarization and less time exposure to higher concentration liquids.

Fazendo-se agora referência a figura 6, um diagrama de blocos de um sistema SGD 50 de acordo com uma das formas preferenciais de realização para a presente invenção é ilustrado. Da forma como foi acima descrito, o sistema SCD 50 inclui uma unidade SCD 52 a qual inclui uma ou mais células SCD dispostas em uma configuração de pilha. Durante o modo de operação de carga, um fluxo de alimentação 54 é dirigido para o engaste 62 da unidade SCD 52 através da válvula 64 e para um destino desejado. De fato, o diluído desionizante 60 pode vir a ser dirigido para um tanque de diluído (que não é exibido) para o uso. De uma forma alternativa, o fluxo diluído pode vir a ser redirecionado para dentro de um sistema SCD como o fluxo de alimentação para processamento adicional; e o fluxo diluído pode vir a ser dirigido para um sistema de dessalinização diferente, tal como um sistema RO, para o processamento adicional. Da forma como foi descrita acima, o fluxo diluído é menos salino do que o fluxo que é alimentado.Referring now to Figure 6, a block diagram of an SGD 50 system according to one of the preferred embodiments for the present invention is illustrated. As described above, the SCD 50 system includes an SCD unit 52 which includes one or more SCD cells arranged in a stack configuration. During load operation mode, a feed stream 54 is directed to the crimp 62 of the SCD unit 52 through valve 64 and to a desired destination. In fact, the deionizing dilute 60 may be directed to a dilute tank (which is not displayed) for use. Alternatively, the diluted stream may be redirected into an SCD system as the feed stream for further processing; and the diluted flow may be directed to a different desalination system, such as an RO system, for further processing. As described above, the diluted flow is less saline than the flow that is fed.

Durante o modo de operação de descarga, um fluxo de alimentação saturado 66 é dirigido para o engaste 56 da unidade SCD 52. O fluxo de alimentação saturado 66 é propiciado por meio de um tanque de regeneração 68 através da válvula 70 e da válvula 58. Da forma como foi discutida acima, o tanque de regeneração 68 inclui líquidos saturados e supersaturados para o uso durante o modo de operação de descarga. O fluxo de alimentação saturado 66 é dirigido através da unidade SCD 52 para o escoadouro 62, onde que é retro-alimentado para o tanque de regeneração 68, como um fluxo de descarga 72, através da válvula 64. De forma como foi descrita acima, o fluxo de descarga é mais salino do que o fluxo de alimentação saturado. Quando a taxa de precipitação no passo de descarga se iguala a taxa de remoção de sal ao passo de carga, o grau de supersaturação do fluxo concentrado circulando entre o tanque de regeneração e a unidade SCD não irá aumentar mais nada e o equilibro irá ser estabelecido. O volume de água descarregada necessária não irá aumentar com o número de ciclos, e desta forma, a descarga de líquido do sistema pode ser zero, ou de um valor muito próximo de zero. Independentemente, a maior parte dos rejeitos será constituída por rejeitos de materiais sólidos, os quais podem ser removidos através do escoadouro de rejeitos 74, no tanque de regeneração.During discharge operation mode, a saturated feed stream 66 is directed to the crimping 56 of the SCD unit 52. Saturated feed stream 66 is provided by a regeneration tank 68 through valve 70 and valve 58. As discussed above, the regeneration tank 68 includes saturated and supersaturated liquids for use during the discharge operating mode. Saturated feed stream 66 is directed through the SCD unit 52 to the outlet 62 where it is fed back to the regeneration tank 68 as a discharge stream 72 through the valve 64. As described above, The discharge stream is more saline than the saturated feed stream. When the precipitation rate at the discharge step equals the salt removal rate at the loading step, the degree of supersaturation of the concentrated flow circulating between the regeneration tank and the SCD unit will not increase further and the equilibrium will be established. . The amount of water discharged required will not increase with the number of cycles, so the system liquid discharge can be zero, or very close to zero. Independently, most of the tailings will consist of solid material tailings, which can be removed through tailings drain 74 in the regeneration tank.

Enquanto que o sistema descrito acima pode ser o adequado para a maioria das aplicações, o sistema pode, de uma forma opcional, incluir um evaporador 78 e/ou um cristalizador 80 para propiciar 100 por cento da recuperação da água. O evaporador 78 e o cristalizador 80 podem ambos virem a ser empregados, da forma como é ilustrada por meio da figura 6, ou somente um deles ser utilizados, ou ambos podem vir a serem combinados em um único sistema de evaporação e de cristalização. De acordo com a forma de realização para a presente invenção que é ilustrada, ao fim do fluxo de descarga, uma certa quantidade de fluxo de alimentação é alimentado para dentro da unidade SCD através da válvula. O fluxo de saída é dirigido através do escoadouro para dentro do tanque de regeneração através da válvula. Para manter um volume constante no tanque de regeneração, uma quantidade correspondente de líquido no tanque de regeneração pode vir a ser alimentada para dentro do evaporador através da válvula e do caminho do fluxo. Este líquido pode ser altamente concentrado (por exemplo, 10 a 30% do peso) depois da evaporação no evaporador, o qual então pode ser alimentado para o cristalizador por meio do caminho do fluxo. O cristalizador pode ser um cristalizador térmico, tal como um secador, por exemplo. O cristalizador produz rejeitos sólidos 84 os quais podem ser eliminados por meios convencionais.While the system described above may be suitable for most applications, the system may optionally include an evaporator 78 and / or a crystallizer 80 to provide 100 percent water recovery. Evaporator 78 and crystallizer 80 may both be employed as illustrated by FIG. 6, or only one of them may be used, or both may be combined into a single evaporation and crystallization system. According to the embodiment of the present invention which is illustrated, at the end of the discharge flow, a certain amount of feed flow is fed into the SCD unit through the valve. The outflow is directed through the outlet into the regeneration tank through the valve. To maintain a constant volume in the regeneration tank, a corresponding amount of liquid in the regeneration tank may be fed into the evaporator through the valve and the flow path. This liquid can be highly concentrated (e.g., 10 to 30% by weight) after evaporation on the evaporator, which can then be fed to the crystallizer via the flow path. The crystallizer may be a thermal crystallizer, such as a dryer, for example. The crystallizer produces solid waste 84 which can be disposed of by conventional means.

O controle de cada uma das válvulas 58, 64 e 70 pode ser pré-determinada e/ou controlado por meio de um controlador externo (que não é exibido) para proporcionar a funcionalidade que é a adequada do sistema de controle do fluxo de líquido através do sistema. Além do mais, em uma das formas de realização para a presente invenção alternativa, diversos engastes e escoadouros podem ser fornecidos com a unidade SCD de tal forma que cada fonte do líquido que flui para dentro da unidade SCD possui um caminho para o engaste respectivo e que cada destino para o líquido que flui para fora da unidade SCD possui um caminho respectivo para o escoadouro. Além do mais, (mesmo que não é exibido), outros mecanismos, tais como bombas podem ser usados para retirar água através da unidade SCD de / para outros componentes do sistema.Control of each of valves 58, 64 and 70 may be predetermined and / or controlled by an external controller (not shown) to provide proper functionality of the liquid flow control system through of the system. Furthermore, in one embodiment of the present alternative invention, various crimps and outlets may be provided with the SCD unit such that each source of liquid flowing into the SCD unit has a path for respective crimping and that each destination for liquid flowing out of the SCD unit has a respective path to the outlet. In addition, (even if not displayed), other mechanisms such as pumps can be used to draw water through the SCD unit to / from other system components.

Os exemplos que se seguem são inclusos para propiciar uma guia adicional à todos aqueles indivíduos com fluência ordinária na arte na prática da presente invenção reivindicada.The following examples are included to provide additional guidance to all those of ordinary skill in the art in the practice of the claimed invention.

EXEMPLO 1EXAMPLE 1

Um sistema de teste 86 da forma como é exibido por meio da figura 7 é empregado. O sistema de teste 86 inclui uma unidade SCD 88, um tanque de diluído 90 e um tanque de regeneração 92. O tanque de diluído 90 é empregado para propiciar um fluxo de líquido alimentado para dentro da unidade SCD 88 durante o modo de operação de carga. Uma bomba 94 é empregada para que se faça o bombeamento o líquido alimentado através da unidade SCD 88 durante o modo de operação de carga. O tanque de regeneração 92 é usado para fornecer um fluxo de líquido alimentado para a unidade SCD 88 durante o modo de operação de descarga. Uma bomba 96 é empregada para que se bombeie o líquido alimentado através da unidade SCD 88 durante o modo de uperaçao de descarga.A test system 86 as shown by means of Fig. 7 is employed. Test system 86 includes an SCD unit 88, a dilute tank 90, and a regeneration tank 92. The dilute tank 90 is employed to provide a flow of liquid fed into the SCD 88 unit during charge operation mode. . A pump 94 is employed to pump the liquid fed through the SCD unit 88 during load operation mode. Regeneration tank 92 is used to provide a flow of liquid fed to the SCD unit 88 during flush operation mode. A pump 96 is employed to pump the liquid fed through the SCD unit 88 during the discharge operation mode.

Uma primeira experiência é realizada com o uso de água e CaSO4. Tendo em vista que o CaSO4 é considerado como o mais notável dos sais inorgânicos e o qual a precipitação é o maior obstáculo ao processo de membranas que opera a maiores recuperações (Por exemplo, os sistemas RO), uma solução quase saturada de CaSO4 (2.025 ppm, saturação de 96,3%) é empregada para ambos, o modo de operação de carga (fluxo de alimentação) e o modo de operação de descarga (fluxo de alimentação saturado). O volume da água carregada é de 2.000 ml enquanto que o da água regenerada é de 250 ml. O processo é operado sob o modo de lote (isto é, tanto a água carregando quanto a água de regeneração são circuladas em ciclos sucessivos, com a taxa de fluxo de em torno de 100 ml/minuto).A first experiment is performed using water and CaSO4. Given that CaSO4 is considered to be the most notable of inorganic salts and where precipitation is a major obstacle to the membrane process that operates at higher recoveries (eg RO systems), a nearly saturated solution of CaSO4 (2,025 ppm, 96.3% saturation) is employed for both the load operation mode (feed flow) and the discharge operation mode (saturated feed flow). The volume of charged water is 2,000 ml while that of regenerated water is 250 ml. The process is run in batch mode (ie both the loading water and the regenerating water are circulated in successive cycles, with the flow rate around 100 ml / min).

Uma unidade SCD (88) com uma única célula é usada para conduzir os experimentos. Os eletrodos, com uma área efetiva de 16 cm por 32 cm, o qual é constituído por carbono ativado e uma rede de titânio como o material ativo e o coletor de corrente, de forma respectiva. Uma rede espaçadora plástica, com uma espessura de 0,95 mesmo é colocada entre os dois eletrodos. Para bloquear os íons contrários e incrementar a eficiência da corrente, uma membrana para a troca de anions e uma membrana para cátions são colocadas entre os eletrodos e em cada lado do espaçador. Um instrumento eletro químico, neste exemplo de teste, uma bateria, é conectado aos dois eletrodos da célula. Com o lado da membrana de anions como sendo o pólo positivo e o lado da membrana de cátions como o pólo negativo. Um sistema adequado de testes por bateria é comercialmente disponível do Kingnuo Electronic, Inc. (Wuhan, China). Da forma como é exibida por meio da figura 7, o diagrama de fluxos dos experimentos, quatro válvulas de esfera 98, 100, 102 e 104 são instaladas nos engastes e nos escoadouros da unidade SCD 88, para que se controle o fluxo que vai para dentro e para fora da unidade SCD 88. Válvulas de agulha 106 e 108 são também empregadas para que se tenha um controle mais preciso do fluxo do líquido para dentro e através do sistema de teste 86. A temporização da carga e da descarga elétricas é controlada por meio de um instrumento eletro químico. No experimento que é descrito, cada ciclo inclui um passo de carga com uma corrente constante (600 mA), seguido de um tempo de descanso de 1 minuto. Após o tempo de descanso de 1 minuto, o ciclo continua com passo de descarga e uma corrente constante de 600 mA por 10 minutos, seguido por um outro tempo de descanso de 1 minuto. O ciclo é então repetido.A single cell SCD unit (88) is used to conduct the experiments. The electrodes, with an effective area of 16 cm by 32 cm, which consist of activated carbon and a titanium mesh as the active material and current collector, respectively. A plastic spacer mesh with a thickness of 0.95 even is placed between the two electrodes. To block opposing ions and increase current efficiency, an anion exchange membrane and a cation membrane are placed between the electrodes and on each side of the spacer. An electrochemical instrument, in this test example, a battery, is connected to the two electrodes of the cell. With the anion membrane side as the positive pole and the cation membrane side as the negative pole. A suitable battery testing system is commercially available from Kingnuo Electronic, Inc. (Wuhan, China). As shown by Figure 7, the flow diagram of the experiments, four ball valves 98, 100, 102, and 104 are installed in the sockets and outlets of the SCD 88 unit to control the flow going to in and out of the SCD 88 unit. Needle valves 106 and 108 are also employed for more precise control of liquid flow into and through test system 86. The timing of electric charge and discharge is controlled. by means of an electro chemical instrument. In the experiment that is described, each cycle includes a constant current charging step (600 mA), followed by a 1 minute rest time. After the 1 minute rest time, the cycle continues with discharge step and a constant current of 600 mA for 10 minutes, followed by another 1 minute rest time. The cycle is then repeated.

Nos passos onde ocorre a carga, a água de carga no tanque de diluído 90 se encontra circulando a unidade SCD 88 por meio da abertura da válvula em esfera 98 e a válvula em esfera 102 e pelo fechar da válvula em esfera 100 e da válvula em esfera 104. Nos passos referentes à descarga, PS estados de abertura e fechamento das válvulas em esfera 98, 100, 102 e 104 são invertidos, de tal forma que a válvula em esfera 98 e a válvula em esfera 102 se encontram fechadas e a válvula em esfera 100 e a válvula em esfera 104 se encontram abertas, para que se permita com que a água de regeneração no tanque de regeneração 92 possa circular através da unidade SCD 88. Para que se possa minimizar a mistura indesejável da água de carga e da de regeneração durante os deslocamentos entre os passos de carga de descarga, ar é bombeado para dentro da unidade SCD 88 a cada passo de descanso para minimizar a água retida na célula que venha resultar do passo anterior. Da forma como foi descrita acima, cada ciclo toma em torno de 22 minutos (10 minutos para o passo da carga, 10 minutos para o passo da descarga e dois passos de espera de 1 minuto cada). Mais de ciclos são conduzidos simultaneamente para que se investigue a dessalinização da água de carga e a evolução da condutividade para a água de regeneração, da mesma forma que da cristalização e do efeito de mistura.In the steps where loading occurs, the loading water in the diluted tank 90 is circulating the SCD unit 88 by opening the ball valve 98 and the ball valve 102 and by closing the ball valve 100 and the valve on 104. In the discharge steps, PS opening and closing states of ball valves 98, 100, 102 and 104 are reversed such that ball valve 98 and ball valve 102 are closed and valve 100 and ball valve 104 are open to allow the regeneration water in the regeneration tank 92 to flow through the SCD unit 88. In order to minimize undesirable mixing of the loading water and the During regeneration during displacement between discharge load steps, air is pumped into the SCD unit 88 at each rest step to minimize water trapped in the cell resulting from the previous step. As described above, each cycle takes around 22 minutes (10 minutes for the loading step, 10 minutes for the discharging step and two 1 minute waiting steps each). More than one cycle is conducted simultaneously to investigate the desalination of the loading water and the evolution of the conductivity to the regenerating water, as well as the crystallization and mixing effect.

Durante o processo o qual é presentemente descrito, a condutividade da água de carga é monitorada ao fim de cada passo. A figura 8 ilustra a evolução da concentração na água de carga pelos 30 ciclos. A concentração de sal resultante em partes por milhão (ppm) é indicada ao longo do eixo 110, versus i ciclo, o qual é indicado ao longo do eixo 112. Da forma como é indicada na curva de acompanhamento da concentração de sal 114, a concentração da água de carga diminui com cada ciclo, o que resulta em uma redução na concentração de em torno de 2.000 ppm para em torno de 500 ppm, após os 30 ciclos. Da forma como é indicada ao longo do eixo 116, a remoção bruta de sal em gramas a cada ciclo também é acompanhada. Da forma como é indicada na curva de melhor ajuste da remoção de sal camada física (PHY) 118 a quantidade de sal que é removida em cada ciclo é distribuída sobre uma faixa relativamente estreita (entre em torno de 0,07 g e 0,16 g), especialmente na parte posterior da seqüência do experimento. Desta forma, a capacidade de remoção de sal da unidade SCD 88 mostrou uma degradação sobre os 30 ciclos que foram conduzidos.During the process which is presently described, the conductivity of the charge water is monitored at the end of each step. Figure 8 illustrates the evolution of the concentration in the loading water over the 30 cycles. The resulting salt concentration in parts per million (ppm) is indicated along axis 110 versus cycle which is indicated along axis 112. As indicated in the salt concentration follow-up curve 114, the Cargo water concentration decreases with each cycle, resulting in a reduction in concentration from around 2,000 ppm to around 500 ppm after 30 cycles. As indicated along axis 116, gross salt removal in grams per cycle is also monitored. As indicated in the Physical Layer Salt Removal Best Fit (PHY) curve 118 the amount of salt that is removed in each cycle is distributed over a relatively narrow range (between about 0.07 g and 0.16 g ), especially at the back of the experiment sequence. Thus, the salt removal capacity of the SCD 88 unit showed a degradation over the 30 cycles that were conducted.

A evolução da condutividade na água de regeneração por ciclos é ilustrada na figura 9. O gráfico ilustra a condutividade medida (mS/cm), indicada por meio do eixo 120, o porcentual calculado de saturação, que é indicado por meio do eixo 122, a cada ciclo, que é indicado por meio do eixo 124. Como será observado, a condutividade é uma medida da quantidade de sal dissolvido na água, da qual o percentual de supersaturação da água de regeneração pode ser calculada. Como é ilustrado por meio da plotagem 126 referente à condutividade, a condutividade da água de regeneração é rapidamente aumentada nos primeiros poucos ciclos, enquanto que o novo de supersaturação da água de regeneração é relativamente baixo, da forma como é indicada por meio da plotagem de saturação 128. No entanto, na medida em que o novo de supersaturação cresce, a taxa de incremento da condutividade diminui devido ao aumento da precipitação de sal a maior supersaturação, enquanto que a mesma quantidade de sal dissolvida é liberada para o fluxo concentrado em cada passo de descarga.The evolution of conductivity in the regenerating water by cycles is illustrated in figure 9. The graph illustrates the measured conductivity (mS / cm), indicated by axis 120, the calculated percentage of saturation, which is indicated by axis 122, at each cycle, which is indicated by axis 124. As will be seen, conductivity is a measure of the amount of salt dissolved in water, from which the percentage of regeneration water supersaturation can be calculated. As illustrated by conductivity plot 126, the regeneration water conductivity is rapidly increased in the first few cycles, while the new regeneration water supersaturation is relatively low, as indicated by the regeneration water plot. However, as the new supersaturation increases, the rate of increase in conductivity decreases due to increased salt precipitation at higher supersaturation, while the same amount of dissolved salt is released into the concentrated stream in each stream. unloading step.

Da forma como é ilustrada por meio da figura 9, duas repentinas quedas na condutividade dos passos de descarga ao final do décimo ciclo e do trigésimo ciclo são observados, o que representa dois longos passos de descanso durante a experiência (em torno de 12 por uma noite e 64 horas por um fim de semana, de forma respectiva). De forma como é indicada, uma quantidade considerável de sal cristalizado e de sal precipitado deixa a água supersaturada durante o longo período de descanso, o que resulta em uma queda na concentração dos sais que se encontram dissolvidos. A cristalização será discutida em maior riqueza de detalhes na seção que se segue. No entanto, deve ser ressaltado que mesmo durante um breve período, isto é, o tempo do passo de carga, quando a água de regeneração se encontra em descanso, a condutividade de água de regeneração decrementa vagarosamente. Em um exemplo, a condutividade da água de regeneração decrementa de 7.69 mS/cm para 7,67 mS/cm após um repouso de 8 minutos. Isto indica que a precipitação está ocorrendo todo o tempo, incluindo durante os passos de carga e de descarga.As illustrated by Figure 9, two sudden drops in the conductivity of the discharge steps at the end of the tenth and thirtieth cycle are observed, which represents two long rest steps during the experiment (around 12 for one night and 64 hours for a weekend, respectively). As indicated, a considerable amount of crystallized salt and precipitated salt leave the water supersaturated during the long rest period, which results in a drop in the concentration of dissolved salts. Crystallization will be discussed in greater detail in the following section. However, it should be emphasized that even for a brief period, that is, the time of the loading step, when regenerating water is at rest, regenerative water conductivity decreases slowly. In one example, the regeneration water conductivity decreases from 7.69 mS / cm to 7.67 mS / cm after an 8 minute rest. This indicates that precipitation is occurring all the time, including during the loading and unloading steps.

Da forma como foi acima discutida, a supersaturação as água de regeneração incrementa na medida em que o numero de ciclos é aumentado. Ao final do décimo ciclo, algumas partículas são observadas ao fundo do tanque de regeneração 92. Depois de um descanso de 2 horas, a precipitação ao fundo do tanque de regeneração 92 aumenta de uma forma significante. Após um descanso de 12 horas (o transcorrer da noite), a quantidade de precipitado é ainda mais aumentada enquanto que a condutividade da água de regeneração diminui. O resultado obtido por um microscópio de eletro varredura (SEM) é utilizado para analisar o volume de precipitados, o que se provou como sendo CaSO4, quando analisado por meio do método de difração por raios-X.As discussed above, the supersaturation of the regenerating water increases as the number of cycles is increased. At the end of the tenth cycle, some particles are observed at the bottom of the regeneration tank 92. After a 2 hour rest, the precipitation at the bottom of the regeneration tank 92 increases significantly. After a 12 hour rest (over night), the amount of precipitate is further increased while the regenerative water conductivity decreases. The result obtained by an electron scanning microscope (SEM) is used to analyze the volume of precipitates, which proved to be CaSO4 when analyzed by the X-ray diffraction method.

Um outro fenômeno interessante o qual é notado é que o material empregado para construir o tanque de regeneração 92 parece ter sofrido um efeito no processo de cristalização. Duas colunas cilíndricas definem o tanque de regeneração 92 e mantém a água de regeneração nos experimentos. A primeira coluna é um cilindro de vidro de 250 ml, o qual é usado para o teste de 30 ciclos o qual foi discutido acima. Depois de 30 ciclos, que água de regeneração é transferida para uma outra coluna que é feita de um material a base de polímero (PMMA). Faz-se a circulação por outros 10 ciclos com a mesma are na coluna de polímero. A figura 10 traz a ilustração de um gráfico o qual compara a evolução da condutividade da água de regeneração na coluna de vidro com a da coluna de polímero, durante ciclos sucessivos. A condutividade (mS/cm) é indicada ao longo do eixo y 132 e o número de ciclos é indicado ao longo do eixo x 134. Da forma como é ilustrada, a condutividade da água de regeneração na coluna dê poiímero aumenta mais rapidamente com relação àquela da coluna de vidro. Isto é indicado por meio da plotagem de condutividade 136 (vidro orgânico) comparada com a plotagem 130 da condutividade (vidro). A cristalização pode ser difícil na coluna de polímero, e o uso daquele tipo de material na construção do tanque de regeneração pode afetar a eficiência do sistema. A superfície de vidro pode aumentar a polaridade com relação às superfícies de polímeros, o que é favorável para a formação de núcleos de sais inorgânicos.Another interesting phenomenon which is noted is that the material employed to construct the regeneration tank 92 appears to have had an effect on the crystallization process. Two cylindrical columns define the regeneration tank 92 and maintain the regeneration water in the experiments. The first column is a 250 ml glass cylinder which is used for the 30-cycle test which was discussed above. After 30 cycles, regeneration water is transferred to another column which is made of a polymer based material (PMMA). Circulate for another 10 cycles of the same area on the polymer column. Figure 10 illustrates a graph which compares the evolution of the regenerative water conductivity in the glass column with that of the polymer column during successive cycles. The conductivity (mS / cm) is indicated along the y-axis 132 and the number of cycles is indicated along the x-axis 134. As shown, the conductivity of the regenerating water in the polymer column increases faster with respect to that of the glass column. This is indicated by conductivity plot 136 (organic glass) compared to conductivity plot 130 (glass). Crystallization can be difficult on the polymer column, and the use of such material in the regeneration tank construction can affect system efficiency. The glass surface can increase polarity with respect to polymer surfaces, which is favorable for the formation of inorganic salt nuclei.

Materiais diferentes são usados dentro do tanque de regeneração 92 e do encanamento. Em uma das formas de realização para a presente invenção, o tanque de regeneração 92 pode ser alongado, possuindo uma primeira e uma segunda terminações, e cada terminação pode ser construída a partir de um material diferente. Durante o uso, a primeira terminação pode ser a de cima, ou o topo com relação a segunda terminação, a qual pode ser mais abaixo, ou então ao fundo. Um primeiro tipo de material é usado à primeira terminação do tanque de regeneração 92. Um outro tipo de material é usado para a segunda terminação do tanque de regeneração 92.Different materials are used inside the regeneration tank 92 and the pipeline. In one embodiment of the present invention, the regeneration tank 92 may be elongated having first and second terminations, and each termination may be constructed of a different material. During use, the first termination may be the top, or the top with respect to the second termination, which may be lower, or the bottom. A first type of material is used for the first termination of the regeneration tank 92. Another type of material is used for the second termination of the regeneration tank 92.

A zona de cristalização do tanque de água de regeneração é menor do que a do tanque de regeneração onde que as partículas cristalizadas se juntam e ficam. Materiais adequados para a construção podem incluir, por exemplo, compostos inorgânicos como a estrutura ou como a filtragem a qual constitui uma superfície interior do tanque de regeneração. Entre os materiais adequados podem-se incluir a cerâmica, os metais e o vidro. O material a base de polímero pode ser usado como o material para a zona de clarificação do recipiente, onde que a água clara, saturada ou supersaturada é alimentada para dentro de unidade SCD. Matérias a base de polímeros adequados podem ser obtidos a partir dos plásticos de engenharia. O uso de filtragem, ou de camisa, pode permitir a construção do tanque de regeneração por meio do uso de um único material, com um pós tratamento em uma em uma superfície interna de algum outro material.The crystallization zone of the regeneration water tank is smaller than that of the regeneration tank where the crystallized particles come together and stay. Suitable materials for construction may include, for example, inorganic compounds as the structure or as the filtration which constitutes an inner surface of the regeneration tank. Suitable materials may include ceramics, metals and glass. The polymer based material can be used as the material for the container clarification zone, where clear, saturated or supersaturated water is fed into the SCD unit. Suitable polymer materials can be obtained from engineering plastics. The use of filtration, or liner, may allow the regeneration tank to be constructed by the use of a single material, with an aftertreatment on one on an inner surface of some other material.

EXEMPLO 2EXAMPLE 2

Como foi observado, a supersaturada da água de regeneração pode ser de até 600 por cento (veja a figura 9). Apesar do que o processo SCD exibe uma boa tolerância na supersaturada para a água de regeneração, um nível de saturação pode ser benéfico e pode exibir uma penalidade de um baixo índice de mistura e menor risco de escalonamento. Para demonstrar, areia é colocada no tanque de regeneração. A altura da areia na coluna de regeneração é de em torno de 25 cm. A areia é peneirada para que tenha uma granularidade na faixa de em torno de 1 mm a até em torno de 3 mm. A areia peneirada é lavada com água deionizada diversas vezes antes de ser colocada na coluna. Durante os passos de descarga, a água de descarga é bombeada para fora a partir do fundo da coluna e bombeada para o engaste da unidade SCD. O fluxo de regeneração a partir do escoadouro da unidade SCD é de retro- alimentado em loop, de volta para o tanque de regeneração.As noted, the supersaturated regeneration water can be up to 600 percent (see figure 9). Despite the fact that the SCD process exhibits good supersaturated tolerance for regeneration water, a saturation level may be beneficial and may exhibit a penalty of a low mixing index and lower risk of scaling. To demonstrate, sand is placed in the regeneration tank. The height of the sand in the regeneration column is around 25 cm. The sand is sieved to have a granularity in the range of from about 1 mm to about 3 mm. The sieved sand is washed with deionized water several times before being placed on the column. During the unloading steps, the unloading water is pumped out from the bottom of the column and pumped to the crush of the SCD unit. Regeneration flow from the SCD unit outlet is loop-fed back to the regeneration tank.

A figura 11 ilustra os perfis de condutividade (o eixo y 140) versus o ciclo (o eixo x 142) para ambos os fluxos de diluídos 144 a partir do ciclo de carga e do fluxo concentrado 146, durante o ciclo de descarga. A figura 11 ilustra como a condutividade do fluxo de diluído 144 diminui pelos ciclos, exceto pelo salto ao fim do vigésimo ciclo, onde que a água de carga original é substituída por um outro tanque fresco. A condutividade do fluxo concentrado 146 demonstra um aumento relativamente veloz nos primeiros ciclos enquanto que tende a ser constante durante os ciclos subseqüentes. As duas quedas (ao ciclo 10 e ao ciclo 16) são devidas aos longos tempos de repouso. O primeiro longo intervalo de repouso é devido a um passo de repouso de 45 minutos, enquanto que a segunda queda é devida a um tempo de repouso de 12 horas. Essas tendências são muito similares as tendências que são observadas em experimentos sem o leito de areia. Os precipitados são observados no topo do leito de areia, na coluna de regeneração.Figure 11 illustrates the conductivity profiles (the y-axis 140) versus the cycle (the x-axis 142) for both dilute streams 144 from the charge cycle and concentrated flow 146 during the discharge cycle. Figure 11 illustrates how the conductivity of dilute flow 144 decreases over cycles except for the jump to the end of the twentieth cycle, where the original loading water is replaced by another fresh tank. The concentrated flow conductivity 146 demonstrates a relatively rapid increase in the first cycles while tending to be constant over subsequent cycles. Both falls (cycle 10 and cycle 16) are due to long rest times. The first long rest interval is due to a 45 minute rest step, while the second fall is due to a 12 hour rest time. These trends are very similar to trends that are observed in experiments without the sandbed. Precipitates are observed at the top of the sand bed in the regeneration column.

Quando se compara a supersaturação das águas de regeneração com a areia e sem a areia na coluna de regeneração, da forma como é ilustrada por meio da figura 12, a diferença pode ser significante. A figura 12 ilustra a condutividade (o eixo y 148) versus o ciclo (o eixo x 150) do fluxo concentrado, com e sem areia, no tanque de regeneração. Apesar de que em ambos os casos a condutividade da água de regeneração tenda a ser constante a medida em que os ciclos vão se passando, a supersaturação absoluta das de regeneração nestes dois caos (o com e o sem a areia) diferem. De uma forma específica, um equilíbrio muito menor de condutividade pode ser observado quando a areia se encontra presente no tanque de regeneração, da forma como é ilustrada por meio da plotagem 154, do que quando não se coloca areia no tanque de regeneração, da forma como é indicada por meio da plotagem 152. O mecanismo que se encontra por trás deste fenômeno pode ser o que a areia propicia muitos pontos de germinação ou geração de núcleos. Os pontos de geração de núcleos melhoram a precipitação na água de regeneração. Uma outra função do leito de areia é que este serve como uma camada de filtragem para a água de regeneração. Devido a alta supersaturação, podem existir muitos pequenos cristais em suspensão na água de regeneração, os quais são filtrados pela areia antes que entrem na unidade SCD durante os passos de descarga. Além do leito de areia, outras tecnologias de melhoramento de cristalização podem incluir a precipitação forçada, a melhoria da germinação de cristais, a melhoria nos campos magnéticos, a precipitação química, o controle do pH, o controle contra o escalonamento, e outros similares. EXEMPLO 3When comparing the supersaturation of the regeneration waters with the sand and without the sand in the regeneration column, as illustrated by Figure 12, the difference can be significant. Figure 12 illustrates the conductivity (the y-axis 148) versus the cycle (the x-axis 150) of concentrated flow, with and without sand, in the regeneration tank. Although in both cases the conductivity of the regeneration water tends to be constant as the cycles pass, the absolute supersaturation of the regeneration in these two chaos (the with and without sand) differ. Specifically, a much smaller balance of conductivity can be observed when sand is present in the regeneration tank as illustrated by plot 154 than when no sand is placed in the regeneration tank as shown. as indicated by plotting 152. The mechanism behind this phenomenon may be that sand provides many germination points or core generation. Core generation points improve precipitation in regeneration water. Another function of the sand bed is that it serves as a filtering layer for regenerating water. Due to the high supersaturation, there may be many small crystals suspended in the regeneration water which are filtered through the sand before entering the SCD unit during the discharge steps. In addition to the sand bed, other crystallization enhancing technologies may include forced precipitation, improved crystal germination, improved magnetic fields, chemical precipitation, pH control, scaling control, and the like. EXAMPLE 3

As experiências previamente descritas (o EXEMPLO 1 e o EXEMPLO 2) são conduzidos com o uso do CaSO4 na água. No exemplo 3, água sintética com uma concentração de 2 vezes da que é a da cidade de Los Angeles é produzida e testada, a composição da água sintética é exibida na tabela 1.Previously described experiments (EXAMPLE 1 and EXAMPLE 2) are conducted using CaSO4 in water. In Example 3, synthetic water with a concentration of 2 times that of the city of Los Angeles is produced and tested, the composition of synthetic water is shown in Table 1.

Tabela 1. Composição da água sintéticaTable 1. Composition of synthetic water

Sais CaCI2 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 Na2HCO3 Na2CO3 Total Concentração 224,3 264,1 252,5 284,1 379,7 14,8 1.419,5 (ppm) A água que é usada no exemplo 3 é pesada e pode ser vistaSalts CaCl2 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 Na2HCO3 Na2CO3 Total Concentration 224.3 264.1 252.5 284.1 379.7 14.8 1.419.5 (ppm) The water that is used in Example 3 is heavy and can be seen.

e pode ser vista como o concentrado da planta RO de tratamento de água de Los Angeles, com uma recuperação de 50% da água, por exemplo. Antes das experiências, um teste automatizado com válvulas solenóides para chaves automatizadas é construído. Durante as experiências, os volumes de água de carga e de água de regeneração são de 4.500 ml e de 200 ml, de forma respectiva. O resultado dos testes são similares aos resultados das experiências descritas anteriormente, nos termos dos perfis de condutividade, para a água de carga e a água de regeneração. Pequenas partículas de precipitação são observadas no leito de areia. Uma diferença é que a condutividade da água de regeneração continua a aumentar para um valor como em torno de 16 miliSiemens por centímetro (mS/cm), enquanto que os experimentos com o uso de sulfato de cálcio na água em nível abaixo de 10 mS/cm. Este efeito pode ser devido à presença de sais altamente solúveis tais como o cloreto de sódio. Algumas vezes, a presença de sais altamente solúveis é menos desejável para o processo devido ao efeito de mistura, o qual demonstra um declínio gradual da capacidade de dessalinização com as repetições da ocorrência de ciclos.and can be seen as the Los Angeles RO water treatment plant concentrate, with a 50% water recovery, for example. Prior to the experiments, an automated test with automated key solenoid valves is constructed. During the experiments the volumes of loading water and regenerating water are 4,500 ml and 200 ml respectively. The results of the tests are similar to the results of the experiments described above, in terms of conductivity profiles, for loading water and regeneration water. Small particles of precipitation are observed in the sand bed. One difference is that the conductivity of the regenerating water continues to increase to around 16 milliSiemens per centimeter (mS / cm), while experiments using calcium sulfate in water below 10 mS / cm. cm. This effect may be due to the presence of highly soluble salts such as sodium chloride. Sometimes the presence of highly soluble salts is less desirable for the process due to the mixing effect, which demonstrates a gradual decline in desalination capacity with repeated cycles.

Fazendo-se agora referência a figura 13, um sistema de dessalinização 160 inclui um primeiro subsistema 162 e um segundo subsistema 164. 5 Cada um dos subsistemas podem ser um sistema de tratamento de água. O primeiro subsistema 162 pode ser um sistema de osmose reversa, e o subsistema 164 pode ser um sistema de dessalinização supercapacitivo. Em uma das formas de realização para a presente invenção, o segundo subsistema também pode ser um sistema ZLD - SCD. Adicionalmente, o 10 subsistema pode ser localizado na planta de tratamento da água, 10 enquanto que o segundo subsistema pode ser localizado em posição remota com relação à planta de tratamento.Referring now to Figure 13, a desalination system 160 includes a first subsystem 162 and a second subsystem 164. 5 Each subsystem may be a water treatment system. The first subsystem 162 may be a reverse osmosis system, and subsystem 164 may be a supercapacity desalination system. In one embodiment of the present invention, the second subsystem may also be a ZLD - SCD system. Additionally, the subsystem may be located in the water treatment plant, 10 while the second subsystem may be located remotely with respect to the treatment plant.

O primeiro subsistema recebe um fluxo de alimentação 166 (fluxo de entrada) o qual deve ser dessalinizado, ou tratado, e gera dois fluxos de saída, o primeiro subsistema produz um primeiro fluxo diluído 168 o qual possui sólidos 15 dissolvidos, ou em suspensão, em relação relativamente baixa quando comparado com o fluxo de alimentação. O fluxo diluído pode ser usado para o consumo humano, por exemplo. O primeiro subsistema produz um segundo fluxo concentrado 170 o qual possui um valor relativamente maior de sólidos em suspensão (mais salino) do que o fluxo de alimentação. O fluxo concentrado recebe a referência de fluxo de saída ou água residual. 20 Caso o primeiro subsistema 162 se encontre em uma planta de tratamento, o segundo subsistema 164 é possui uma localização remota, o segundo subsistema pode tratar o que poderia de uma outra forma ser considerada água rejeitada (a qual necessita ser eliminada) da planta de tratamento.The first subsystem receives a feed stream 166 (input stream) which must be desalinated or treated and generates two output streams, the first subsystem produces a first dilute stream 168 which has dissolved or suspended solids 15, relatively low ratio compared to the feed flow. Diluted flow can be used for human consumption, for example. The first subsystem produces a second concentrated stream 170 which has a relatively higher value of suspended solids (more saline) than the feed stream. The concentrated stream receives the reference outflow or wastewater. If the first subsystem 162 is in a treatment plant, the second subsystem 164 is remotely located, the second subsystem may treat what might otherwise be considered rejected water (which needs to be disposed of) from the treatment plant. treatment.

O segundo subsistema 164 recebe o fluxo concentrado que flui para fora a partir do primeiro subsistema, e pode dessalinizar, ou de outra forma tratar o fluxo concentrado. O segundo subsistema 164 pode incluir um SCD ou um sistema ZLDThe second subsystem 164 receives the concentrated flow that flows out from the first subsystem, and may desalination, or otherwise treat the concentrated flow. The second subsystem 164 may include an SCD or a ZLD system.

- SCD. O segundo subsistema 164 produz dois fluxos que saem: um fluxo diluído 172 o qual possui uma concentração de sólidos dissolvidos, ou suspensos, relativamente baixa (menos salina) do que o fluído concentrado. O fluxo dissolvido pode ser disponível para o 30 consumo humano, por exemplo. O segundo subsistema também produz um fluxo residual, ou fluxo de descarga 174. O fluxo de descarga pode ser de resíduo líquido, tal como um fluxo concentrado o qual possui uma alta salinidade, maior do que o fluxo concentrado. De uma forma alternativa, no caso de um sistema ZLD - SCD, o fluxo de descarga pode ser uma mistura, um semi-sólido, ou um rejeito sólido, ou um rejeito em 35 sua maior parte sólido. Por exemplo, o segundo subsistema pode possuir um volume relativo o qual é menos do que 10 % do volume de fluxo concentrado (em torno de 90 por cento do fluxo concentrado é dessalinizado e convertido para o fluxo diluído). Ainda, o segundo subsistema pode desperdiçar menos do que 1 por cento do fluxo concentrado (99 por cento do fluxo concentrado é dessalinizado e convertido para o fluxo diluído). Alguma parte, ou todo o fluxo diluído pode ser retro-alimentado de volta para o primeiro subsistema por meio do caminho de retro-alimentação 176, para processamento adicional.- SCD. The second subsystem 164 produces two outgoing streams: a dilute stream 172 which has a relatively low (less saline) dissolved or suspended solids concentration than the concentrated fluid. Dissolved flow may be available for human consumption, for example. The second subsystem also produces a residual stream, or discharge stream 174. The discharge stream may be liquid waste, such as a concentrated stream which has a higher salinity than the concentrated stream. Alternatively, in the case of a ZLD - SCD system, the discharge flow may be a mixture, a semi-solid, or a solid tail, or a mostly solid tail. For example, the second subsystem may have a relative volume which is less than 10% of the concentrated flow volume (about 90 percent of the concentrated flow is desalinated and converted to diluted flow). In addition, the second subsystem may waste less than 1 percent of concentrated flow (99 percent of concentrated flow is desalinated and converted to diluted flow). Some or all of the diluted flow can be fed back to the first subsystem via feedback path 176 for further processing.

Fazendo-se agora referência a figura 14, um sistema deReferring now to Figure 14, a system of

dessalinização 160 é fornecido e o qual inclui um primeiro subsistema 162 e um segundo subsistema 164. Na forma de realização para a presente invenção que é ilustrada, o primeiro subsistema inclui sistema de osmose reversa (RO) de dupla passagem de água salobra o qual possui uma prirçieira unidade RO 178 e uma segunda unidade RO 180. A 10 primeira e a segunda unidade RO, em conjunto, definem o sistema RO de uma planta de dessalinização. Um fluxo de alimentação 166 para a primeira unidade RO 178 produz dois fluxos que saem: um fluxo diluído limpo 168 e um sub-fluxo concentrado 182. O fluxo diluído limpo 168 pode vir a ser consumido, ou então usado em uma aplicação final a qual necessite de água pura. O sub-fluxo concentrado 182 pode ser direcionado para a 15 segunda unidade RO 180 como um fluxo que entra para uma dessalinização adicional. Como com a primeira unidade RO 178, a segunda unidade RO 180 produz dois fluxos que saem: um fluxo limpo diluído (também indicado por meio do número de referência 168), o qual pode ser usado ser desviado para o consumo ou o uso em aplicações que necessitam de água pura, e um fluxo concentrado (também indicado pelo número de 20 referência 170). Em algumas plantas de tratamento, ou sistemas de tratamento, o segundo fluxo concentrado 170 é água rejeitada a qual necessita de tratamento adicional.desalination 160 is provided and which includes a first subsystem 162 and a second subsystem 164. In the embodiment of the present invention which is illustrated, the first subsystem includes brackish water double pass reverse osmosis (RO) system which has a first RO 178 unit and a second RO 180 unit. The first and second RO units together define the RO system of a desalination plant. A feed stream 166 for the first RO 178 unit produces two outgoing streams: a clean diluted stream 168 and a concentrated subflow 182. The clean diluted stream 168 may be consumed, or may be used in a final application which need pure water. Concentrated subflow 182 may be directed to second unit RO 180 as an incoming stream for further desalination. As with the first RO 178 unit, the second RO 180 unit produces two outgoing streams: a diluted clean stream (also indicated by reference number 168) which can be used to be diverted for consumption or use in applications. that require pure water, and a concentrated stream (also indicated by reference number 170). In some treatment plants or treatment systems, the second concentrated stream 170 is discarded water which needs additional treatment.

O primeiro subsistema pode ser um sistema RO de dupla passagem, e pode ser combinado com o segundo subsistema 164 em série, para que receba o segundo fluxo concentrado 170 de uma planta de tratamento. Na forma de realização para a presente invenção que é ilustrada, o segundo subsistema 164 inclui um sistema descarga de líquido zero - célula de dessalinização supercapacitiva (ZLD - SCD). O sistema descarga de líquido zero - célula de dessalinização supercapacitiva (ZLD - SCD) inclui uma unidade SCD 184 e um tanque de regeneração 186 o qual pode vir a ser empregado para que se gerencie o segundo fluxo concentrado 170. A unidade SCD e a unidade de regeneração são dispostas em uma configuração de retro- alimentação tal que um fluxo de descarga (tanto na forma concentrada como na forma superconcentrada) circula entre a unidade SCD e o tanque de regeneração, quando a unidade SCD se encontra no modo de operação de descarga. O segundo subsistema inclui a unidade SCD sem o tanque de regeneração. Nesta forma de realização para a presente invenção alternativa, o rejeito 174 pode incluir relativamente mais líquido do que se um tanque de regeneração for empregado.The first subsystem may be a double pass RO system, and may be combined with the second series subsystem 164 to receive the second concentrated stream 170 from a treatment plant. In the embodiment of the present invention which is illustrated, the second subsystem 164 includes a zero-capacity supercapacitive desalination cell (ZLD-SCD) liquid discharge system. The supercapacity desalination cell zero-discharge system (ZLD - SCD) includes an SCD unit 184 and a regeneration tank 186 which may be employed to manage the second concentrated flow 170. The SCD unit and the Regeneration systems are arranged in a backfeed configuration such that a discharge flow (in both concentrated and superconcentrated form) circulates between the SCD unit and the regeneration tank when the SCD unit is in discharge operation mode. . The second subsystem includes the SCD unit without the regeneration tank. In this alternative embodiment of the present invention, tail 174 may include relatively more liquid than if a regeneration tank is employed.

No sistema de dessalinização 160 da figura 14, a recuperação de água aumenta além daquele de um sistema o qual incorpora somente o sistema de duas passagens RO. Por exemplo, uma planta RO incorpora um sistema de duas passagens RO com 75 por cento de recuperação de água mais uma unidade de gerenciamento de concentrado SCD com 90 por cento de recuperação de água irá produzir 1 - (1 - 0,75) x (1 - 0,90) = 9,75 por cento de recuperação de água para todo o sistema. O aumento relativo na recuperação de água pode ser benéfico para a operação da planta de dessalinização. De acordo com uma outra forma de realização para a presente invenção, as unidades RO podem fazer parte de uma planta de dessalinização, ou um sistema de separação, onde que a água rejeitada liberada da unidade RO (fluxo concentrado 170) é enviado para o segundo subsistema compreendendo uma unidade SCD ou uma unidade ZLD - SCD. Desta forma, a unidade ZLD - SCD do segundo subsistema pode ser empregada para que se gerencie a água rejeitada de uma planta de tratamento estabelecida.In desalination system 160 of FIG. 14, water recovery increases beyond that of a system which incorporates only the two-pass RO system. For example, an RO plant incorporating a two-pass 75 percent water recovery RO system plus a 90 percent water recovery SCD concentrate management unit will produce 1 - (1 - 0.75) x ( 1 - 0.90) = 9.75 percent water recovery for the entire system. The relative increase in water recovery may be beneficial for desalination plant operation. According to another embodiment of the present invention, the RO units may be part of a desalination plant, or a separation system, wherein the rejected water released from the RO unit (concentrated flow 170) is sent to the second one. subsystem comprising an SCD unit or a ZLD - SCD unit. In this way, the ZLD - SCD unit of the second subsystem can be employed to manage the rejected water from an established treatment plant.

No sistema de dessalinização ilustrado, o concentrado do RO é recuperado em parte como água de produção (um fluxo diluído), a taxa do fluxo do fluxo de alimentação 166 pode ser decrementada de acordo. Devido ao decremento na taxa do fluxo do fluxo de alimentação, a água concentrada que é de fato tratada pelo segundo subsistema 164 (segundo fluxo concentrado 170) também é decrementada. Comparada com o sistema original de RO de duas passagens, pode haver um benefício econômico do sistema RO, se for assumido que o custo do capital é proporcional à taxa de fluxo do fluxo de alimentação.In the desalination system illustrated, the RO concentrate is partly recovered as production water (a diluted stream), the flow rate of the feed stream 166 may be decreased accordingly. Due to the decrease in the flow rate of the feed stream, the concentrated water that is actually treated by the second subsystem 164 (second concentrated flow 170) is also decreased. Compared to the original two-pass RO system, there may be an economic benefit to the RO system if it is assumed that the cost of capital is proportional to the flow rate of the feed stream.

Em uma forma de realização para a presente invenção alternativa, a qual é ilustrada por meio da figura 15, o fluxo diluído 172 do segundo subsistema 164 é retro-alimentado no primeiro subsistema 162 para uma dessalinização adicional. Isto é, ao invés de dirigir o fluxo diluído 172 para o uso como água pura, ou para o consumo, o fluxo diluído 172 pode receber um tratamento de uma dessalinização adicional ao primeiro subsistema 162. O fluído diluído produzido a partir da unidade SCD quando a unidade SCD se encontra no modo de operação de carga, é dirigido de volta para a entrada da segunda unidade RO 180.In an alternative embodiment of the present invention which is illustrated by means of Fig. 15, the diluted stream 172 of the second subsystem 164 is fed back to the first subsystem 162 for further desalination. That is, instead of directing diluted flow 172 for use as pure water or for consumption, diluted flow 172 may receive an additional desalination treatment to the first subsystem 162. Diluted fluid produced from the SCD unit when The SCD unit is in load operation mode and is directed back to the input of the second RO 180 unit.

Esta forma de realização para a presente invenção permite um tratamento adicional do fluxo diluído. Além do mais, esta forma de realização para a presente invenção reduz a necessidade para o armazenamento de água pura, ou a eliminação ao segundo subsistema. Esta configuração operacional pode vir a ser útil quando o primeiro subsistema é uma planta de tratamento de água e produção de água pura, enquanto que o segundo subsistema trata e gerencia água concentrada, ao invés de ter que lidar com água fresca (o fluxo diluído) o qual tem que ser produzido. Depois do tratamento, ao primeiro subsistema, o fluxo diluído 172 pode ser dirigido para o uso de água fresca ao longo com o fluxo diluído limpo 168.This embodiment of the present invention allows for further treatment of diluted flow. Moreover, this embodiment of the present invention reduces the need for pure water storage or disposal to the second subsystem. This operational configuration can be useful when the first subsystem is a water treatment and pure water production plant, while the second subsystem treats and manages concentrated water rather than having to deal with fresh water (diluted flow). which has to be produced. After treatment, to the first subsystem, the diluted flow 172 may be directed to the use of fresh water along the clean diluted flow 168.

As formas de realização para a presente invenção descritas neste presente trabalho são exemplos de composições, de estruturas, de sistemas, e de métodos possuindo elementos da presente invenção relatados nas reivindicações. Esta descrição por escrito habilita a todos aqueles indivíduos com fluência ordinária na arte de fazer e usar as formas de realização, com elementos alternativos os quais igualmente 5 correspondem a elementos da presente invenção relatados nas reivindicações. O escopo da presente invenção, desta feita, inclui as composições, as estruturas, os sistemas e os métodos que não se diferem da linguagem literal das reivindicações, e que adicionalmente incluem outras estruturas, outros sistemas e outros métodos com diferente não substancial da linguagem literal das reivindicações. Enquanto que somente 10 certas características e formas de realização foram ilustradas e representadas neste presente trabalho, muitas modificações e alterações podem ocorrer a todos aqueles indivíduos com fluência ordinária na arte relevante. As reivindicações que estão anexas cobrem todas essas modificações e alterações.Embodiments for the present invention described herein are examples of compositions, structures, systems, and methods having elements of the present invention reported in the claims. This written description enables all those of ordinary skill in the art of making and using embodiments, with alternative elements which also correspond to elements of the present invention reported in the claims. The scope of the present invention therefore includes compositions, structures, systems and methods which do not differ from the literal language of the claims, and which additionally include other structures, systems and other methods with non-substantial different from the literal language. of the claims. While only 10 certain features and embodiments have been illustrated and represented herein, many modifications and alterations can occur to all those of ordinary skill in the relevant art. The appended claims cover all such modifications and changes.

Claims (12)

1. Método para o tratamento de líquidos caracterizado pelo fato de compreender: - descarregar um soluto de um eletrodo dirigido a soluto em um fluxo líquido de descarga, sendo que o fluxo líquido de descarga possui uma concentração relativamente maior de soluto do que o fluxo de alimentação a partir do qual o eletrodo dirigido a soluto ganhou o soluto.A method for treating liquids comprising: discharging a solute from a solute directed electrode into a liquid discharge stream, the liquid discharge stream having a relatively higher concentration of solute than feed from which the solute-directed electrode gained solute. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual o eletrodo é um eletrodo supercapacitor, e compreende adicionalmente a absorção do soluto a partir do fluxo de alimentação para o eletrodo para que se forme um eletrodo dirigido ao soluto e um fluxo de saída, onde que o fluxo de saída possui uma concentração de soluto a qual é relativamente menor do que o fluxo de alimentação.Method according to claim 1, characterized in that the electrode is a supercapacitor electrode and further comprises absorbing the solute from the feed stream to the electrode to form a solute-directed electrode and a output stream, where the outlet stream has a solute concentration which is relatively lower than the feed stream. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender o Ioop de um fluxo líquido de descarga de tal forma que o fluxo flua através do eletrodo mais de uma vez, antes que saia de um compartimento o qual abriga o eletrodo,Method according to claim 1, characterized in that it further comprises the Ioop of a discharge liquid flow such that the flow flows through the electrode more than once before leaving a compartment which houses the electrode. electrode, 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender armazenar a energia ao eletrodo no primeiro modo de operação, e recuperar a energia do eletrodo em um segundo modo de operação.Method according to claim 1, characterized in that it further comprises storing the energy to the electrode in the first mode of operation and recovering the energy of the electrode in a second mode of operation. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato onde que o eletrodo é um eletrodo com carga positiva, e o soluto possui carga negativa.Method according to claim 1, characterized in that the electrode is a positively charged electrode and the solute is negatively charged. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a descarga compreende supersaturar o fluxo de líquido de descarga.Method according to claim 1, characterized in that the discharge comprises supersaturation of the discharge liquid flow. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, ainda caracterizado pelo fato de compreender o reduzir do conteúdo de água do fluxo líquido de descarga.A method according to claim 1, further comprising reducing the water content of the liquid discharge stream. 8. Sistema de dessalinização, caracterizado pelo fato de compreender: - um primeiro subsistema; e - um segundo subsistema em comunicação de fluído com o primeiro subsistema, onde que o segundo subsistema compreenda um meio para descarregar um soluto a partir de um eletrodo orientado a soluto, para um fluxo líquido de descarga, onde que o fluxo líquido de descarga possui uma concentração relativamente maior do soluto do que um fluxo de alimentação orientado ao soluto, a partir do qual o eletrodo orientado a soluto ganhou o soluto.8. Desalination system, characterized in that it comprises: - a first subsystem; and - a second subsystem in fluid communication with the first subsystem, wherein the second subsystem comprises a means for discharging a solute from a solute oriented electrode to a discharge liquid stream, where the discharge liquid flow has a relatively higher solute concentration than a solute-oriented feed stream from which the solute-oriented electrode gained solute. 9. Sistema de tratamento caracterizado pelo fato de compreender: um primeiro subsistema; um segundo subsistema em comunicação de fluído com o primeiro subsistema; e um controlador em comunicação com o segundo subsistema, no qual em resposta a um sinal do controlador do segundo subsistema, descarregue um soluto de um eletrodo dirigido a soluto em um fluxo de líquido de descarga, onde o fluxo líquido de descarga possui uma concentração relativamente maior do que um fluxo de alimentação dirigido a soluto, do qual o eletrodo dirigido a soluto ganhou o soluto.9. Treatment system characterized by the fact that it comprises: a first subsystem; a second subsystem in fluid communication with the first subsystem; and a controller in communication with the second subsystem, in which in response to a signal from the second subsystem controller, it discharges a solute from a solute-directed electrode into a discharge liquid stream, where the discharge liquid flow has a relatively high concentration. greater than a solute-directed feed stream, from which the solute-directed electrode gained solute. 10. Sistema de dessalinização, caracterizado pelo fato de compreender: uma unidade de dessalinização supercapacitiva a qual opera em um modo de operação de carga e um modo de operação de descarga; uma fonte de alimentação configurada para fornecer um fluxo de alimentação para uma unidade de dessalinização supercapacitiva quando a unidade de dessalinização supercapacitiva se encontra no modo de operação de carga; e uma fonte de regeneração configurada para fornecer um fluxo de alimentação saturado ou um fluxo de alimentação supersaturado para uma unidade de dessalinização supercapacitiva quando a unidade de dessalinização supercapacitiva se encontra no modo de operação de descarga.Desalination system, characterized in that it comprises: a supercapacity desalination unit which operates in a load operation mode and a discharge operation mode; a power supply configured to provide a power flow to a supercapacity desalination unit when the supercapacity desalination unit is in charge operation mode; and a regeneration source configured to provide a saturated or supersaturated feed stream for a supercapacity desalination unit when the supercapacity desalination unit is in the discharge operating mode. 11. Sistema de dessalinização caracterizado pelo fato de compreender: uma unidade de dessalinização supercapacitiva, um primeiro caminho de escoamento de líquido compreendendo um primeiro Ioop de retro-alimentação para guiar o líquido através da unidade de dessalinização supercapacitiva quando Sistema se encontrar em um primeiro modo de operação; e um segundo caminho de escoamento de líquido compreendendo um segundo Ioop de retro-alimentação para guiar o líquido através da unidade de dessalinização supercapacitiva quando Sistema se encontrar em um segundo modo de operação.A desalination system comprising: a supercapacity desalination unit, a first liquid flow path comprising a first feedback loop for guiding the liquid through the supercapacity desalination unit when System is in a first mode. of operation; and a second liquid flow path comprising a second feedback loop for guiding the liquid through the supercapacity desalination unit when System is in a second mode of operation. 12. Método para o tratamento de um líquido, caracterizado pelo fato de compreender: alimentar um primeiro fluxo de líquido a partir de uma primeira fonte, através uma unidade de dessalinização supercapacitiva durante o modo de operação de carga para um primeiro período de tempo; e alimentar um segundo fluxo de líquido a partir de uma segunda fonte, através uma unidade de dessalinização supercapacitiva durante o modo de operação de descarga para um segundo período de tempo.A method for treating a liquid, comprising: feeding a first flow of liquid from a first source through a supercapacity desalination unit during charge operation mode for a first period of time; and feeding a second flow of liquid from a second source through a supercapacity desalination unit during flushing operation mode for a second period of time.
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