CN105263870B - 制备适用于水再矿化的碳酸氢钙溶液的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备碳酸氢钙溶液的设备和这种设备用于连续制备碳酸氢钙溶液的用途以及这种设备用于水再矿化的用途。

Description

制备适用于水再矿化的碳酸氢钙溶液的设备
技术领域
本发明涉及制备碳酸氢钙溶液的设备(installation)和这种设备用于连续制备碳酸氢钙溶液的用途以及这种设备用于水再矿化的用途。
背景技术
饮用水已变得缺乏。即使在水丰富的国家中，并非所有水源及贮水池均适合于生产饮用水，且现今许多水源受到水质急剧恶化的威胁。最初用于饮用目的的供料水主要为地表水及地下水。然而，出于环境及经济的原因，处理海水、盐水、微咸水、废水及受污染的流出水变得越来越重要。
为了从海水或微咸水回收水(用于饮用)，已知对于干旱地区、沿海地区及海岛相当重要的若干方法，且这些方法通常包括蒸馏、电解以及渗透或反渗透方法。由这些方法获得的水非常软且由于缺乏pH缓冲盐而具有低pH值，并且因此由这些方法获得的水倾向于具有高度反应性，且除非进行处理，否则该水可在其于传统管线中输送期间产生严重腐蚀的困难。此外，未经处理的脱盐水无法直接用作饮用水源。为了防止不希望的物质在管线系统中的溶解，为了避免例如管和阀的给水设备腐蚀并且为了使水可口，有必要再矿化水。
主要用于再矿化水的传统方法是通过二氧化碳和石灰石床过滤(也被称作方解石接触器)的石灰溶解。其它较不常见的再矿化方法包括例如添加熟石灰和碳酸钠、添加硫酸钙和碳酸氢钠或添加氯化钙和碳酸氢钠。
该石灰法涉及用CO2酸化水处理石灰溶液，其中涉及以下反应：
由以上反应方案可以得出结论，需要两个当量的CO2将一个当量的Ca(OH)2转化成Ca2+和碳酸氢根以用于再矿化。此方法取决于两个当量CO2的添加，以将碱性氢氧根离子转化成缓冲物种HCO3 -。对于水的再矿化而言，由石灰乳(通常至多5％重量)制备通常称为石灰水的以总重量计0.1-0.2％重量的饱和氢氧化钙溶液。因此必须使用生产石灰水的饱和器，且需要大体积的石灰水以实现再矿化的目标含量。此方法的另一缺陷在于熟石灰为腐蚀性的且需要适当的处理及特定设备。此外，控制不当的向软水添加熟石灰可能会由于石灰不具有缓冲性质而导致不希望的pH变化。
石灰石床过滤方法包括使软水通过粒状石灰石床以在水流中溶解碳酸钙的步骤。根据以下反应，使石灰石与CO2酸化水接触来矿化水：
不同于该石灰法，在化学计量上仅需要一个当量的CO2即可将一个当量的CaCO3转化成Ca2+及碳酸氢根以用于再矿化。此外，石灰石无腐蚀性，且归因于CaCO3的缓冲性质，防止了较大的pH变化。
相比于石灰，使用碳酸钙的一个额外优点是碳酸钙的非常低的二氧化碳足迹。为了生产一吨碳酸钙，放出75kg的CO2，而用于生产一吨石灰则放出750kg CO2。因此，使用碳酸钙代替石灰呈现一些环境益处。
但是，粒状碳酸钙的溶解速率缓慢，且导致这些石灰石床过滤系统所需的相当大的足迹。
用于使用石灰乳或石灰浆再矿化水的方法和系统被描述于US 7,374,694及EP 0520 826中。US 5,914,046描述了用于使用脉冲石灰石床以减小废水排放的酸度的方法。
US 7,771,599描述一种在脱盐系统中使工艺水再矿化的方法。该方法经由气体转移膜使二氧化碳气体与海水或脱盐工艺的浓缩液(盐水)分离。经分离的二氧化碳气体其后用于生产可溶性碳酸氢钙(Ca(HCO3)2)。WO 2012/020056 A1针对再矿化水的方法，其包括提供给水及向该给水中注入气态二氧化碳和浆料的步骤，其中该浆料包含微粉化碳酸钙。WO2010/023742 A2描述了通过后加工(后处理)经由蒸馏或反渗透使海水脱盐而获得的脱盐水来生产饮用水的方法和设备。该方法包括向脱盐水过量供应二氧化碳以吸收二氧化碳的二氧化碳吸收工艺，使二氧化碳所吸附的脱盐水穿过石灰石过滤器(其中填充石灰石以形成钙离子和碳酸氢根离子)的再矿化工艺，以及向通过了再矿化工艺的脱盐水供应空气以排出二氧化碳及空气从而获得饮用水的二氧化碳排出工艺。WO 2012/113957 A1涉及用于再矿化流体的方法，其中最终浊度被控制。该方法包括包含试剂投配、再矿化及过滤的步骤。
然而，所描述的装置和方法具有再矿化水及尤其制备用于再矿化水的碳酸氢钙溶液为时间依赖性且因此需要大的接触槽或反应器的缺点。
鉴于前述内容，改善水的再矿化仍为本领域技术人员所关注。尤其希望提供替代或改进的系统用于制备碳酸氢钙浓缩溶液，其能够以更加有效、经济且生态的方式制备且尤其允许连续制备可用于水的再矿化的碳酸氢钙溶液(在水中溶解的碳酸钙)，同时使用较小的设备占用面积。
发明内容
前述及其它目标通过提供用于制备碳酸氢钙溶液的设备得以解决，该设备包括以环形连通的
a)至少一个投配(dosing)单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，
b)多批系统，包括
x)主批料线，其配备有至少一个入口和至少一个出口，该主批料线包括以环形连通的
i)至少一个气体投配入口，
ii)至少一个混合单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，和
iii)至少一个槽，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
xi)至少一个从批料线，其配备有至少一个入口和至少一个出口，该至少一个从批料线包括以环形连通的
i)至少一个气体投配入口，
ii)至少一个混合单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
iii)至少一个槽，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
c)至少一个膜过滤单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口。
如本文所用，术语“设备”是指一种系统，该系统包括至少一个投配单元、多批系统以及至少一个膜过滤单元，它们彼此连接以确保环形连通。
本发明中所用术语“以环形连通(in circular communication)”是指相应单元/系统以环状系统彼此相连。因此，气体或流体如悬浮液从一个单元/系统流至另一个单元/系统是可能的；这种流动可借助于一个或多个中间(并且未明确提及或描述)的零件、设施、装置或其它制品如管道、管子和泵来实现。
如本发明中使用的术语“多批(multiple batch)”系统是指以下这样的系统，该系统包括至少两个可彼此独立操作的工艺线，即一个主批料线和一个或多个从批料线。但不排除监测和/或控制主批料线的参数，而不监测和/或控制一个或多个从批料线的参数。
如本发明中所使用，术语“再矿化(remineralization)”是指在仅含有少量矿物或根本不含有矿物或含有不足量矿物的水中进行矿物的恢复，以获得适口的水。可通过向待处理的水中至少添加作为原料的特定碳酸钙来实现再矿化。任选地，例如，为获得与健康相关的益处以确保一些必需矿物和微量元素的适当摄取，可将另外的物质混合进碳酸钙或与碳酸钙混合，随后在再矿化工艺过程中添加至水中。根据关于人类健康及饮用水质量的国家准则，经再矿化的产品可包含含有镁、钾或钠的额外矿物如碳酸镁、硫酸镁、碳酸氢钾、碳酸氢钠或者含有必需微量元素的其它矿物。
本发明的发明人出人意料地发现，这种设备使本领域技术人员能够以有效、经济和生态的方式再矿化水。尤其是，本发明的发明人出人意料地发现，这种设备使本领域技术人员能够以连续方式制备可进一步用于水的再矿化的碳酸氢钙溶液。尤其是，这通过提供至少一个投配单元结合多批系统而实现，该多批系统包括主批料线和至少一个从批料线以及至少一个膜过滤单元，使得作为该设备的一部分的单个单元以环形连通方式连接。因而，本发明设备使碳酸氢钙溶液的制备得以改进。
根据本发明的另一方面，提供在如本文所定义的设备用于制备碳酸氢钙溶液的用途。优选地，该设备用于连续制备碳酸氢钙溶液。
根据本发明的再一方面，提供如本文所定义的设备用于再矿化水的用途。优选地，要再矿化的水选自饮用水、休闲用水如用于游泳池的水、用于工艺应用的工业用水、灌溉用水或用于蓄水层或水井补给的水。
本发明的有利实施方案在相应从属权利要求中定义。
当在下文中涉及本发明设备的实施方案或技术细节时，应理解这些实施方案或技术细节也是指如本文所定义的设备的本发明用途，并且反之亦然(只要可适用)。例如，如果指出本发明设备的该至少一个投配单元连接至水供给(water supply)和用于固体物质的储存容器，则本发明用途的该至少一个投配单元也连接至水供给和用于固体物质的储存容器。
将参考某些附图涉及特定的实施方案来描述本发明，但本发明并不限于此，而是由权利要求书限定。除非另外说明，以下提出的术语通常以它们的常规含义理解。
当在本说明书和权利要求书中使用术语“包括或包含(comprising)”时，并不排除其它未指出的功能重要性大或小的要素。对于本发明的目的，术语“由……构成(consisting of)”被认为是术语“包括或包含(comprising of)”的实施方案。如果在下文中定义一个组集(group)包括至少一定数目的实施方案，则这也被理解为公开了一个组集，其优选仅由这些实施方案构成。
无论何处使用术语“包括或包含(including)”或者“具有(having)”，这些术语被认为等同于上述的“包括或包含(comprising)”。
在谈论单数名词时使用不定冠词或定冠词如“a”、“an”或“the”的情况下，这包括了该名词的复数，除非一些情况下另外具体指出。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个投配单元连接至水供给和用于固体物质的储存容器。
根据本发明的另一种实施方案，该至少一个投配单元的该至少一个出口连接至主批料线的至少一个入口并且该至少一个投配单元的至少一个出口连接至该至少一个从批料线的至少一个入口。
根据本发明的再一实施方案，主批料线的至少一个出口连接至该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个从批料线的至少一个出口连接至该至少一个膜过滤单元的至少一个入口。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接至该至少一个投配单元的至少一个入口。
根据本发明的另一种实施方案，该设备包括一个膜过滤单元。优选地，主批料线的至少一个出口和该至少一个从批料线的至少一个出口独立地连接至该膜过滤单元的至少一个入口。
根据本发明的再一实施方案，该设备包括至少两个膜过滤单元或膜过滤单元的总数对应于作为该多批系统的一部分的主批料线和从批料线的总数。优选地，主批料线以及该至少一个从批料线中的每一个独立地连接至不同膜过滤单元。
根据本发明的一种实施方案，主批料线的该至少一个气体投配入口连接至主批料线的该至少一个混合单元的至少一个入口和/或该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口连接至该至少一个从批料线的该至少一个混合单元的至少一个入口。
根据本发明的另一种实施方案，主批料线的该至少一个混合单元的至少一个出口连接至主批料线的该至少一个槽的至少一个入口和/或该至少一个从批料线的该至少一个混合单元的至少一个出口连接至该至少一个从批料线的该至少一个槽的至少一个入口。
根据本发明的又一种实施方案，主批料线的该至少一个槽的至少一个出口连接至主批料线的该至少一个气体投配入口和/或该至少一个从批料线的该至少一个槽的至少一个出口连接至该至少一个从批料线的至少一个气体投配入口。
根据本发明的一种实施方案，至少一个出口位于主批料线的该至少一个混合单元之后并且至少一个出口位于该至少一个从批料线的该至少一个混合单元之后。优选地，主批料线的该至少一个出口以及该至少一个从批料线的该至少一个出口独立地连接至该至少一个膜过滤单元的至少一个入口。
现在将更详细地描述本发明：
因而，本发明提供用于制备碳酸氢钙溶液的设备，该设备包括以环形连通的
a)至少一个投配单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，
b)多批系统，包括
xii)主批料线，其配备有至少一个入口和至少一个出口，该主批料线包括以环形连通的
iv)至少一个气体投配入口，
v)至少一个混合单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，和
vi)至少一个槽，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
xiii)至少一个从批料线，其配备有至少一个入口和至少一个出口，该至少一个从批料线包括以环形连通的
iv)至少一个气体投配入口，
v)至少一个混合单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
vi)至少一个槽，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
c)至少一个膜过滤单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口。
本发明设备适用于制备任何碳酸氢钙溶液。尤其是，本发明设备适用于连续制备任何碳酸氢钙溶液。优选地，本发明设备适用于制备适合用于水再矿化的任何碳酸氢钙溶液。
例如，可在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液适合用于脱盐水或天然软水的再矿化。
可通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液再矿化的水可来自各种来源。例如，要再矿化的水选自饮用水、休闲用水如用于游泳池的水、用于工艺应用的工业用水、灌溉用水或用于蓄水层或水井补给的水。额外地或者可另选地，要再矿化的水可选自蒸馏水、脱盐水如脱盐海水、微咸水或盐水、经处理的废水或天然水如地下水、地表水或降雨。
可对通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液再矿化的水进行预处理。例如在水源自地表水、地下水或降雨的情况下，预处理可以是必要的。例如，为了实现饮用水准则，需要经由使用化学或物理技术对水进行处理以移除污染物，例如有机物和不希望有的矿物。例如，可使用臭氧化作为第一预处理步骤，随后进行凝聚、絮凝或倾析作为第二处理步骤。例如，铁(III)盐如FeClSO4或FeCl3，或铝盐如AlCl3、Al2(SO4)3或聚合铝可用作絮凝剂。絮凝的物质可例如借助于砂滤器或多层过滤器从水中移除。可用于预处理水的其它水纯化方法例如描述于EP 1 975 310、EP 1 982 759、EP 1 974 807或EP 1 974 806中。
如果海水或微咸水通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液再矿化，则海水或微咸水首先通过开放海洋进水或诸如水井的地表下进水而用泵抽出海，随后经历诸如筛选、沉淀或除砂方法的物理预处理。取决于所需的水质，诸如凝聚和絮凝的额外处理步骤可能是需要的，以减少膜上潜在的积垢。经预处理的海水或微咸水然后可例如通过使用如下方式蒸馏：多级闪蒸、多效蒸馏，或者诸如超滤或反渗透的膜过滤，以移除剩余的微粒和溶解的物质。
要再矿化的水至少部分地与微粉化碳酸钙接触，以便获得通过使用本发明设备随后将转化成碳酸氢钙溶液的碳酸钙水性悬浮液。获得的碳酸氢钙溶液将进一步用于要再矿化的水的主流的再矿化。这通过用要再矿化的水稀释在本发明设备中制备的碳酸氢钙浓缩溶液来进行。
优选地，通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液获得的再矿化的水具有15至200mg/l、优选30至150mg/l且最优选100至125mg/l或15至100mg/l、优选20至80mg/l且最优选40至60mg/l的以碳酸钙表示的钙浓度。
对于本发明的目的，“悬浮液(suspension)”或“浆料(slurry)”是指包含溶剂即水性溶剂以及碳酸钙和/或碳酸氢钙粒子的系统，其中碳酸钙和/或碳酸氢钙粒子中的至少一部分以不溶性固体存在于水性溶剂中。所述术语不排除碳酸钙和/或碳酸氢钙粒子中的一部分溶解于水性溶剂中。在本发明的含义中，术语“溶液(solution)”是指包含水性溶剂和碳酸钙和/或碳酸氢钙粒子的系统，其中碳酸钙和/或碳酸氢钙粒子溶解于水性溶剂中。在本发明的含义中，术语“溶解的(dissolved)”是指其中在水性溶剂中观察不到离散的固体粒子的系统。
不过，术语“水性溶剂(aqueous solvent)”并不排除该水性溶剂包含少量的至少一种水可混溶性溶剂。
例如，该至少一种水可混溶性溶剂优选选自甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃及其混合物。
在本发明的一种实施方案中，基于水性溶剂的总重量计，水性溶剂包含至少80％重量、优选至少90％重量、更优选至少95％重量、甚至更优选至少99％重量的量的水。
根据本发明的一种实施方案，通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液获得的再矿化的水可进一步用少量氢氧化钠处理以调节再矿化的水的最终pH值。
根据本发明的一种实施方案，通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液获得的再矿化的水具有-1至2、优选-0.5至0.5、最优选-0.2至0.2的朗格利尔饱和指数(Langelier Saturation Index)。根据本发明的另一实施方案，通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液获得的再矿化的水具有小于5、优选小于4且最优选小于3的淤塞密度指数(Silt Density Index)SDI15。根据本发明的又一实施方案，通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液获得的再矿化的水具有小于4、优选小于2.5、最优选小于2的膜积垢指数(Membrane Fouling Index)MFI0.45。
用于本发明的术语“朗格利尔饱和指数(LSI)”描述了水性液体形成积垢或成为腐蚀性的趋势，其中正的LSI指示形成积垢的趋势，而负的LSI指示腐蚀性特性。平衡的朗格利尔饱和指数(也即LSI＝0)因此意味着水性液体处于化学平衡。如下计算LSI：
LSI＝pH–pHs，
其中pH为水性液体的实际pH值，且pHs为CaCO3饱和情况下水性液体的pH值。可如下估计pHs：
pHs＝(9.3+A+B)–(C+D)，
其中A为存在于水性液体中的总溶解的固体(total dissolved solids；TDS)的数值指标，B为以K计的水性液体的温度的数值指针，C为以mg/l CaCO3计的水性液体的钙浓度的数值指标，且D为以mg/l CaCO3计的水性液体的碱度的数值指标。使用以下方程式来确定参数A至D：
A＝(log10(TDS)–1)/10,
B＝-13.12×log10(T+273)+34.55,
C＝log10[Ca2+]–0.4,
D＝log10(TAC)，
其中TDS为以mg/l计的总溶解的固体，T为以℃计的温度，[Ca2+]为以mg/l CaCO3计的水性液体的钙浓度，且TAC为以mg/l CaCO3计的水性液体的碱度。
用于本发明的术语“淤塞密度指数(SDI)”是指水中微粒物质的数量且与反渗透或纳滤系统的积垢趋势相关。例如可由当在恒定施加水压208.6kPa下使水通过0.45μm膜滤器时，0.45μm膜滤器的阻塞速率计算SDI。由在15分钟内在恒定施加水压208.6kPa下使水通过0.45μm膜滤器时，0.45μm膜滤器的阻塞速率计算SDI15值。通常，螺旋卷绕的反渗透系统将需要小于5的SDI，且中空纤维反渗透系统将需要小于3的SDI。
用于本发明的术语“修正的积垢指数(Modified Fouling Index；MFI)”是指悬浮液质的浓度，且MFI是比用于预测水积垢于反渗透或纳滤膜的趋势的SDI更为准确的指数。可用于确定MFI的方法可与用于确定SDI的方法相同，不同之处在于在15分钟的过滤期间内每30秒记录体积。当绘制t/V对V(t为收集以升计的体积V的以秒计的时间)的曲线时，能够以曲线的直线部分的斜率的形式以图解方式获得MFI。MFI值<1对应于约SDI值<3且可视为低至足以控制胶体和微粒积垢。
还要理解的是，通过使用在本发明设备中制备的碳酸氢钙溶液获得的再矿化的水具有15至200mg/l、优选30至150mg/l且最优选100至125mg/l或15至100mg/l、优选20至80mg/l且最优选40至60mg/l的以碳酸钙表示的钙浓度。
通过使用本发明设备转化成碳酸氢钙溶液的碳酸钙水性悬浮液优选具有50至2,000mg/l、优选100至1,750mg/l且最优选500至1,500mg/l的在悬浮液中的碳酸钙初始浓度。
用于制备碳酸钙水性悬浮液的碳酸钙优选为微粉化碳酸钙。
对于本发明的目的，术语“微粉化(micronized)”是指粒子尺寸处于微米范围内，例如，粒子尺寸为0.1μm至100μm。微粉化粒子可通过基于摩擦(例如在湿或干条件下碾磨或研磨)的技术来获得。然而，还可以通过任何其它适合的方法来生产微粉化粒子，该任何其它适合的方法例如是沉淀、超临界溶液的快速膨胀、喷雾干燥、自然发生的砂或泥的分类或分化、水的过滤、溶胶-凝胶方法、喷雾反应合成、火焰合成或液体发泡合成。
例如，微粉化碳酸钙具有0.1至100μm、0.5至50μm、1至30μm、优选2至25μm、最优选5至25μm的重量中值粒子尺寸d50，或碳酸钙具有1至50μm、2至40μm、优选3至30μm且最优选10至25μm的重量中值粒子尺寸d50。
在本文件的通篇中，通过碳酸钙产物的粒子尺寸分布来描述碳酸钙产物的“粒子尺寸”。值dx表示x％重量的粒子的直径小于dx所相对的直径。这意味着d20值为所有粒子的20％重量所小于的粒子尺寸，且d75值为所有粒子的75％重量所小于的粒子尺寸。d50值因此为重量中值粒子尺寸，也即，所有颗粒的50％重量大于或小于此粒子尺寸。对于本发明的目的，除非另有指示，否则将粒子尺寸规定为重量中值粒子尺寸d50。为了确定d50大于0.5μm的粒子的重量中值粒子尺寸d50值，可使用来自Micromeritics公司(USA)的Sedigraph 5100装置。
合适碳酸钙的实例是研磨碳酸钙、改性碳酸钙或沉淀碳酸钙或其混合物。
本发明的含义中的“研磨碳酸钙(ground calcium carbonate；GCC)”是由天然来源获得的碳酸钙，包括大理石、白垩或石灰石或白云石。方解石是碳酸盐物质并且是碳酸钙的最稳定的多形体。碳酸钙的其它多形体为矿物霰石及球霰石。霰石将在380-470℃下变成方解石，且球霰石甚至更不稳定。研磨碳酸钙经由诸如研磨、筛选和/或通过湿和/或干细分(例如，通过旋风分离器)的处理来加工。本领域技术人员已知研磨碳酸钙可固有地含有限定浓度的镁，例如白云石质石灰石的情况正是如此。
本发明的含义中的“沉淀碳酸钙(precipitated calcium carbonate；PCC)”为合成物质，通常通过在水性环境中在二氧化碳与石灰反应之后沉淀或通过在水中沉淀钙和碳酸根源或通过将钙离子和碳酸根离子(例如，CaCl2及Na2CO3)从溶液中沉淀出来而获得。沉淀碳酸钙以三种初级晶形存在：方解石、霰石及球霰石，且对于这些晶形中的每一晶形而言存在许多不同的多形体(晶体惯态)。方解石具有三角结构，该三角结构具有典型的晶体惯态如偏三角面体的(S-PCC)、斜方六面体的(R-PCC)、六角形棱柱的、轴面的、胶体的(C-PCC)、立方的及棱柱的(P-PCC)。霰石为正斜方晶结构，该正斜方晶结构具有成对六角形棱晶的典型晶体惯态，以及细长棱柱的、弯曲叶片状的、陡锥状、凿尖晶体、分叉树及珊瑚或蠕虫状的形式的多种分类。
本发明的含义中的“改性碳酸钙”为表面反应的天然碳酸钙，通过如下方法来获得：在该方法中，将天然碳酸钙与在25℃下pKa为2.5或小于2.5的一种或多种酸反应并与原位形成的和/或来自外部供应的气态CO2反应，且任选地在至少一种硅酸铝和/或至少一种合成二氧化硅和/或至少一种硅酸钙和/或至少一种一价盐的硅酸盐(如硅酸钠和/或硅酸钾和/或硅酸锂)和/或至少一种氢氧化铝和/或至少一种硅酸钠和/或硅酸钾的存在下。关于表面反应的天然碳酸钙的制备的进一步细节在WO 00/39222及US 2004/0020410 A1中揭示，这些参考文件的内容在此包括于本专利申请中。
碳酸钙优选为研磨碳酸钙(GCC)。进一步优选地，碳酸钙为具有3.0至25.0μm的粒子尺寸的研磨碳酸钙。
另外地，碳酸钙可包含HCl不溶性内含物，该HCl不溶性内含物为基于碳酸钙总重量计的0.02％重量至2.5％重量、0.05％重量至1.5％重量或0.1％重量至0.6％重量。优选地，碳酸钙的HCl不溶性内含物不超过基于碳酸钙总重量计的0.6％重量。HCl不溶性内含物可例如是诸如石英、硅酸盐或云母的矿物。
除碳酸钙之外，该碳酸钙水性悬浮液可包含另外的微粉化矿物。根据一种实施方案，该碳酸钙水性悬浮液可包含微粉化碳酸镁、碳酸钙镁如白云石质石灰石、钙质白云石或半烧白云石，诸如煅烧白云石的氧化镁、硫酸镁、碳酸氢钾、碳酸氢钠或含有基本微量元素的其它矿物。
优选地，该碳酸钙水性悬浮液是新鲜制备的。现场制备碳酸钙水性悬浮液可以是优选的。其原因在于，当碳酸钙水性悬浮液不是现场和/或新鲜制备时，出于稳定化原因，可能需要添加诸如稳定剂或生物杀灭剂的另外的试剂至碳酸钙水性悬浮液中。然而，这些试剂在最终再矿化的水中可能是不希望的化合物，例如出于健康考虑。
根据本发明的一种实施方案，制备碳酸钙水性悬浮液与将碳酸钙水性悬浮液进一步投配至多批系统之间的时间段要短至足以避免碳酸钙水性悬浮液中的细菌生长。
例如，制备碳酸钙水性悬浮液与将碳酸钙水性悬浮液进一步投配至多批系统之间的时间段小于48小时、小于24小时、小于12小时、小于5小时、小于2小时或小于1小时。优选地，注入的碳酸钙悬浮液满足由国家饮用水准则规定的微生物质量要求。
碳酸钙水性悬浮液优选在作为本发明设备的一部分的至少一个投配单元中制备。优选地，本发明设备包括一个投配单元，所述投配单元适用于将碳酸钙水性悬浮液投配至该多批系统，即主批料线和/或该至少一个从批料线中。
本发明设备的该至少一个投配单元结合了多种功能。尤其是，投配单元能够使水与碳酸钙以适当比例混合，以便获得水性悬浮液，所述水性悬浮液包含所需初始含量的未溶解的碳酸钙以及在水性悬浮液的水相中的较少含量的已经溶解的碳酸钙，例如碳酸氢钙。此外，本发明设备的该至少一个投配单元实现水与碳酸钙的最佳混合，使得能够获得流体中微粒粒子的均匀分布。优选用在线混合器进行混合。在线混合器可为转速可控的。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个投配单元因而连接至水供给和用于固体物质(也即碳酸钙)的储存容器。
优选地，水通过本领域技术人员已知的任何传统泵送措施在该至少一个投配单元中馈送。在本发明的一种实施方案中，水通过允许液体(也即水)精确投配的本领域技术人员已知的任何传统泵送措施在该至少一个投配单元中馈送。例如，水通过本领域技术人员已知的诸如流量计或称重装置的计量装置在该至少一个投配单元中泵送，优选在控制水流的情况下。
额外地或者可另选地，碳酸钙通过本领域技术人员已知的任何传统馈送措施在该至少一个投配单元的液体(也即水)中自储存容器馈送。在本发明的一种实施方案中，碳酸钙通过允许固体物质(也即碳酸钙)的精确投配的本领域技术人员已知的任何传统馈送措施在水中馈送。例如，碳酸钙通过本领域技术人员已知的诸如螺旋措施或称重措施的馈送措施在水中馈送。
应进一步理解，该至少一个投配单元连接至该至少一个膜过滤单元。优选地，该至少一个投配单元连接至该至少一个膜过滤单元，使得在该至少一个膜过滤单元中获得的残余物被循环回至本发明设备的该至少一个投配单元。
在本申请含义中的“残余物”是指在碳酸氢钙溶液中存在的未溶解的部分，其留在该至少一个膜过滤单元中并且因而还未穿过该至少一个膜过滤单元的过滤器系统。
优选地，该至少一个投配单元的体积在1l至1,000kl、优选在10l至500kl、更优选在10l至250kl且最优选在10l至100kl范围内。要进一步理解的是，该至少一个投配单元的体积与多批系统的主批料线中所提供的该至少一个槽和该至少一个从批料线中所提供的该至少一个槽的总体积成比例。也就是说，该设备的多批系统中除主批料线之外提供的从批料线越多，作为该设备的一部分的该至少一个投配单元的体积则越大。优选地，该至少一个投配单元的体积对应于多批系统的主批料线或该至少一个从批料线中所提供的该至少一个槽的体积。在本发明的一种实施方案中，该至少一个投配单元的体积至少对应于多批系统的主批料线和该至少一个从批料线中所提供的该至少一个槽的体积总和。
在这方面，要理解的是，该至少一个投配单元可以是本领域技术人员所熟知的任何种类的投配单元，其用于合并和/或混合和/或搅拌和/或馈送包含碳酸钙悬浮液。
例如，该至少一个投配单元为购自德国J.F.Knauer GmbH如Knauer投配平台、IKA混合系统MHD 2000或Sodimate的投配单元。
该至少一个投配单元的一个特定要求是：其能够向本发明多批系统即主批料线和该至少一个从批料线馈送碳酸钙水性悬浮液。因而要求多批系统连接至该至少一个投配单元。因而要理解的是，多批系统的主批料线连接至该至少一个投配单元。而且还要理解的是，多批系统的该至少一个从批料线连接至该至少一个投配单元。
因此，优选地，该至少一个投配单元的至少一个出口连接至主批料线的至少一个入口并且该至少一个投配单元的至少一个出口连接至该至少一个从批料线的至少一个入口。应理解的是，该至少一个投配单元的至少一个出口独立地连接至每个从批料线的至少一个入口。
在本发明的一种实施方案中，该至少一个投配单元能够向本发明多批系统的主批料线和该至少一个从批料线同时馈送碳酸钙水性悬浮液。可另选地，该至少一个投配单元能够向本发明多批系统的主批料线和该至少一个从批料线彼此独立地馈送碳酸钙水性悬浮液。
优选地，该至少一个投配单元与多批系统即主批料线和该至少一个从批料线分别由阀门分隔。尤其应理解的是，该至少一个投配单元与多批系统的主批料线和该至少一个从批料线分别由阀门分隔，以使得主批料线和该至少一个从批料线的单元分别以环形连通(也即以环状系统)的方式连接。优选地，该设备优选包括至少一个位于该至少一个投配单元与多批系统的主批料线之间的阀门。要进一步理解的是，该设备优选包括至少一个位于该至少一个投配单元与多批系统的该至少一个从批料线之间的阀门。如果该多批系统包括两个或更多个从批料线，则该系统优选包括至少一个位于该至少一个投配单元与多批系统的每个从批料线之间的阀门。
在本发明的一种实施方案中，该至少一个投配单元与多批系统的主批料线和该至少一个从批料线分别由至少一个背压阀门分隔。优选地，该至少一个背压阀门位于该至少一个投配单元与多批系统的主批料线之间。额外地或者可另选地，该至少一个背压阀门位于该至少一个投配单元与多批系统的该至少一个从批料线之间。如果该设备包括两个或更多个从批料线，则该设备优选包括至少一个位于该至少一个投配单元与作为多批系统的一部分的每个从批料线之间的背压阀门。
优选地，多批系统即主批料线和/或该至少一个从批料线自该至少一个投配单元的馈送由至少一个流量计(优选一个流量计)控制。在本发明的一种实施方案中，该至少一个流量计位于该至少一个投配单元与多批系统即主批料线和该至少一个从批料线之间。优选地，一个流量计位于该至少一个投配单元与多批系统即主批料线和该至少一个从批料线之间，以使得多批系统即主批料线和该至少一个从批料线的馈送由该流量计控制。
本发明设备的一个特定要求是：多批系统包括主批料线，所述主批料线包括以环形连通的至少一个气体投配入口(例如Bronkhorst装置)、至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的混合单元和至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的槽。
在主批料线中，通过该至少一个气体投配入口将二氧化碳注入碳酸钙水性悬浮液中。所述碳酸钙悬浮液随后在主批料线中与二氧化碳反应且转化成呈现水溶液形式的碳酸氢钙。要理解的是，碳酸钙悬浮液至碳酸氢钙溶液的转化在多批系统的主批料线中在特定停留时间内进行。例如，在多批系统的主批料线中碳酸钙悬浮液转化成碳酸氢钙溶液的停留时间优选小于240分钟、更优选小于120分钟、再更优选小于90分钟、甚至更优选小于60分钟且最优选小于45分钟。例如，在多批系统的主批料线中碳酸钙悬浮液转化成碳酸氢钙溶液的停留时间可为1至240分钟、更优选1至120分钟、再更优选1至90分钟、甚至更优选2至60分钟且最优选2至45分钟。
在本发明的含义中，“溶解的碳酸钙(dissolved calcium carbonate)”被理解为涵盖碳酸钙(CaCO3)、钙离子(Ca2+)、碳酸氢根离子(HCO3 -)、碳酸根离子(CO3 2-)、碳酸(H2CO3)以及溶解的CO2，这取决于在平衡条件下所溶解的CO2的量。
优选地，在多批系统的主批料线中获得的碳酸氢钙溶液具有以CaCO3计50至1,000mg/l、优选以CaCO3计100至800mg/l且最优选以CaCO3计500至700mg/l的钙浓度(以碳酸氢钙计)。因而可理解，在多批系统的主批料线中获得的碳酸氢钙溶液为碳酸氢钙浓缩溶液。
对于本发明的目的，术语“钙浓度(calcium concentration)”是指溶液中全部钙含量且规定以mg/l以Ca2+或以CaCO3计。该浓度可用滴定仪测量。
额外地或者可另选地，在多批系统的主批料线中获得的碳酸氢钙溶液具有1至150mg/l MgCO3、优选2至100mg/l MgCO3且最优选5至50mg/l MgCO3的镁浓度。
根据本发明的另一实施方案，在多批系统的主批料线中获得的碳酸氢钙溶液具有低于250NTU、优选低于200NTU、更优选低于150NTU且最优选低于100NTU的浊度值。例如，在主批料线中获得的碳酸氢钙溶液具有低于50NTU或低于20NTU的浊度值。
在本发明的含义中，“浊度(turbidity)”描述了由裸眼通常不可见的个体粒子(悬浮固体)所引起的流体的模糊度或混浊度。浊度的测量为水质的关键测试且可用浊度计来进行。用于本发明的来自经校准浊度计的浊度单位规定为比浊法浊度单位(NephelometricTurbidity Units；NTU)。
根据本发明的再一实施方案，在多批系统的主批料线中获得的碳酸氢钙溶液具有高于200μS/cm、优选高于500μS/cm、更优选高于700μS/cm或高于900μS/cm的电导率值。
在本发明的含义中，“电导率(conductivity)”用作所测量的水无盐、无离子或无杂质的程度的指标；水越纯，则电导率越低。电导率可用电导计来测量且规定为以μS/cm表示。
碳酸氢钙溶液优选通过引入以下任一来制备：(i)二氧化碳生成化合物或(ii)二氧化碳生成化合物和酸。
对于本发明的目的，术语“二氧化碳生成化合物(carbon dioxide generatingcompound)”包括气态二氧化碳、液体二氧化碳、固体二氧化碳、含有二氧化碳的气体(也即由至少一种气体与二氧化碳构成的混合物)以及在热或化学处理时释放二氧化碳的化合物。优选地，二氧化碳生成化合物为由二氧化碳与其它气体构成的气态混合物，例如由工业过程(如燃烧过程或煅烧过程或类似过程)排出的含有二氧化碳的烟道气，或者二氧化碳生成化合物为气态二氧化碳。如果使用由二氧化碳与其它气体构成的气态混合物，则二氧化碳的存在范围基于气态混合物的总体积计为90％-至约99％体积，优选95％至99％体积。例如，基于气态混合物的总体积计二氧化碳以至少97％体积的量存在。
本发明中所用的酸优选是选自硫酸、盐酸、亚硫酸、磷酸的酸，且优选为硫酸或磷酸。
气态二氧化碳可自储存槽获得，其中气态二氧化碳保持在液相中。取决于二氧化碳的消耗速率和环境，可使用低温或传统上隔离的槽。可使用空气加热型汽化器或基于电或蒸汽的汽化系统将液态二氧化碳转化成气态二氧化碳。必要时，气态二氧化碳的压力可在经由该至少一个气体投配入口的注入步骤之前例如通过使用降压阀门来降低。
气态二氧化碳可通过该至少一个气体投配入口以受控速率注入碳酸钙水性悬浮液流中，在该流中形成二氧化碳气泡分散体且使气泡溶解于其中。例如，碳酸钙在液体(也即水)中的溶解需要对于存在于碳酸钙水性悬浮液中的CaCO3的总量来说化学计量比率或过量的二氧化碳。如果注入过量的二氧化碳，则根据水性悬浮液中的初始CO2浓度，过量的二氧化碳在就CaCO3的化学计量比率的1倍与20倍之间、优选在就CaCO3的化学计量比率的2倍与10倍之间且最优选在就CaCO3的化学计量比率的1倍与6倍之间变化。取决于母溶液(碳酸氢钙溶液)的实际浓度，利用要再矿化的水稀释碳酸氢钙浓缩溶液的稀释比将对最终目标pH值(过量的CO2)和最终目标钙浓度(添加的CaCO3)具有影响。
要理解的是，为了获得碳酸氢钙溶液，碳酸钙在碳酸钙悬浮液的液相(也即水)中的溶解速率取决于投配的CO2的量，还取决于悬浮液中的温度、pH值、压力、初始CaCO3浓度以及CO2引入碳酸钙悬浮液中的投配速率。
根据一种示例性实施方案，通过该至少一个气体投配入口将二氧化碳在水湍流区引入用于制备碳酸氢钙溶液的碳酸钙水性悬浮液中，其中湍流可例如通过管道中的约束来产生。例如，二氧化碳可引入置于连接多批系统的主批料线的单个单元的管道中的文氏管(venturi)注入器的喉部。文氏管注入器的喉部的管道横截面积变狭窄产生能量足以将二氧化碳打碎成相对小的气泡并且从而促进其溶解的湍流。根据一种实施方案，二氧化碳在压力下引入多批系统的主批料线中的碳酸钙水性悬浮液流中。
额外地或者可另选地，要理解的是，在主批料线中将二氧化碳注入温度为5至60℃、优选10至50℃且最优选10至40℃(如10至30℃)的碳酸钙水性悬浮液中。在本发明的一种实施方案中，多批系统的主批料线中的碳酸钙水性悬浮液具有约为室温(也即15至25℃)的温度。
在本发明的一种实施方案中，在约为室温(也即15至25℃)的温度下在1至3巴的压力下将二氧化碳注入主批料线中的碳酸钙水性悬浮液中。例如，在约为室温(也即15至25℃)的温度下在约2巴的压力下将二氧化碳注入主批料线中的碳酸钙水性悬浮液中。
因而要理解的是，主批料线的该至少一个气体投配入口优选为CO2入口。在本发明的一种实施方案中，主批料线的该至少一个气体投配入口为文氏管注入器。可另选地，主批料线的该至少一个气体投配入口为具有背压阀门的质量流量控制器。例如，该质量流量控制器为Bronkhurst装置。
在本专利申请的含义中，文氏管注入器是泵状装置，其利用会聚-分叉喷嘴的文氏管效应以将运动流体的压力能转换为速度能，其产生低压区，该低压区通过抽吸而吸入和带走流体。在经过注入器的喉部之后，混合的流体膨胀并且速度被降低，这通过将速度能转换回压力能而导致再压缩混合的流体。该运动流体可以是液体、蒸汽或者其它任何气体。通过抽吸带走的流体可以是气体、液体、浆料或者载有灰尘的气体流。
流量控制阀门或其它装置可用于控制二氧化碳流入用于制备碳酸氢钙浓缩溶液的碳酸钙水性悬浮液中的速率。例如，CO2投配块和/或浊度、pH值或电导率在线测量装置和/或定时器可用于控制投配到多批系统的主批料线中的碳酸钙悬浮液中CO2的速率。
通过形成碳酸氢钙水溶液，二氧化碳使碳酸钙水性悬浮液酸化。注入碳酸钙水性悬浮液中的二氧化碳的量将取决于已经存在于碳酸钙水性悬浮液中的二氧化碳的量。已经存在于该悬浮液中的二氧化碳的量进而将取决于例如为获得用于制备碳酸钙水性悬浮液的脱盐水而进行的上游处理。例如由已通过闪蒸脱盐的水制备的碳酸钙水性悬浮液，与已通过反渗透脱盐的水制备相比，其将含有另外量的二氧化碳以及因此的另外的pH值。例如已通过反渗透脱盐的水可具有约5.2至6.6的pH值和约0.8至15.9mg/l的CO2的量。然而，根据为获得脱盐水进行的上游处理，CO2浓度可高达45mg/l或者甚至更高。要进一步理解的是，包含高CO2浓度的最终再矿化的水可进行去二氧化碳，以减轻这种水相的侵蚀性。
优选地，通过该至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的混合单元促进用于制备碳酸氢钙溶液的碳酸钙水性悬浮液中的二氧化碳的溶解。
在本发明的一种实施方案中，多批系统的主批料线包括一个混合单元、优选至少两个混合单元且更优选两个混合单元。例如，多批系统的主批料线包括至少两个串联连接的混合单元，优选两个串联连接的混合单元。
在这方面，要理解的是，该至少一个混合单元可为本领域技术人员所熟知的任何种类的槽和/或容器，其用于合并和/或混合和/或搅拌包含碳酸钙的悬浮液。例如，该至少一个混合单元为垂直和/或水平混合单元或管状混合单元。可另选地，该至少一个混合单元可为用于空蚀的任何装置。例如，该至少一个混合单元为购自美国Applied CavitationTechnologies的空蚀装置。
在本发明的一种实施方案中，作为多批系统的一部分的主批料线的该至少一个混合单元为垂直和/或水平混合单元。优选地，主批料线的该至少一个混合单元为垂直混合单元。
例如，该至少一个混合单元为范围在1l至1,000kl、优选10l至500kl、更优选10l至250kl且最优选10l至100kl的槽和/或容器。
优选地，主批料线的该至少一个混合单元包括搅拌装置和/或空蚀装置。在本发明的一种实施方案中，该至少一个混合单元包括搅拌装置或空蚀装置。优选地，该至少一个混合单元包括搅拌装置。例如，搅拌装置选自机械搅拌装置，例如槽和/或容器中典型地用于搅拌和混合包含碳酸钙的悬浮液的搅拌浆叶。可另选地，搅拌装置选自槽和/或容器中典型地用于搅拌和混合更为浓缩的包含碳酸钙的悬浮液的粉末-液体混合装置。可另选地，如果该至少一个混合单元为管状混合单元，则混合单元可包含使碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液能够充分混合的混合珠。
在本发明的一种实施方案中，作为多批系统的一部分的主批料线的该至少一个混合单元为至少一个静态混合器。优选地，该至少一个静态混合器的特征在于，该混合器包括多个一个接一个并且沿管轴彼此相邻排列的混合室。
在这方面，要理解的是，该至少一个静态混合器可为本领域技术人员所熟知的任何种类的静态混合器，其用于彻底混合包含碳酸钙的悬浮液或碳酸氢钙溶液。
例如，该至少一个静态混合器为购自瑞士Sulzer Chemtech AG的如SulzerMischer SMVTM的静态混合器。
可另选地，作为多批系统的一部分的主批料线的该至少一个混合单元为至少一个动态混合器。优选地，动态混合器的特征在于，该混合器包括例如搅拌浆叶或混合珠或螺旋桨的混合装置。
在这方面，要理解的是，作为多批系统的一部分的主批料线的该至少一个动态混合器可为本领域技术人员所熟知的任何种类的动态混合器，其用于彻底混合包含碳酸钙的悬浮液或碳酸氢钙溶液。在本发明的一种实施方案中，该至少一个动态混合器为包含多个混合珠的管状混合器。
例如，该至少一个动态混合器可为本领域技术人员所熟知的任何种类的动态混合器，其用于合并和/或混合和/或搅拌包含碳酸钙的悬浮液。
取决于所得碳酸氢钙水溶液的浓度，在主批料线中的停留时间可为1至240分钟、1至120分钟、1至90分钟、2至60分钟或2至45分钟。要理解的是，在多批系统的主批料线中的停留时间可在宽范围内变化，并且可取决于例如投配到主批料线中的碳酸钙悬浮液中的CO2的量，还取决于例如温度、pH值、压力和初始水质的其它工艺参数。
为了在二氧化碳存在下将出自碳酸钙水性悬浮液中的碳酸钙进一步溶解以形成溶解的碳酸钙的溶液，也即碳酸氢钙浓缩溶液，该多批系统的主批料线包括至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的槽。
优选地，多批系统的主批料线包括一个槽。
在这方面，要理解的是，该至少一个槽可为本领域技术人员所熟知的任何种类的槽和/或容器，其用于搅拌包含碳酸钙的悬浮液和/或完成包含碳酸钙的悬浮液向碳酸氢钙溶液的转化。
例如，该至少一个槽可为范围在1l至1,000kl、优选10l至500kl、更优选10l至250kl且最优选10l至100kl的槽和/或容器。
要进一步理解的是，主批料线的该至少一个槽为本领域技术人员所熟知的开放式槽或封闭式槽。在本发明的一种实施方案中，该至少一个槽为封闭式槽。例如，如果主批料线的该至少一个槽以封闭式槽形式提供，则该封闭式槽优选在压力下操作，也即在压力下进行包含碳酸钙的悬浮液的搅拌和/或完成包含碳酸钙的悬浮液至碳酸氢钙溶液的转化。可在主批料线的该至少一个封闭式槽中调节的合适的压力优选地在0.1巴至10巴、更优选地在0.2至5kPa且最优选在0.5至2kPa范围内。
在本发明的一种实施方案中，主批料线的该至少一个槽包括搅拌装置。例如，搅拌装置选自机械搅拌装置，例如槽和/或容器中典型地用于搅拌包含碳酸钙的悬浮液或碳酸氢钙溶液的搅拌浆叶。
根据本发明的一种实施方案，主批料线的该至少一个混合单元整合在作为多批系统的一部分的主批料线的该至少一个槽中。例如，如果该至少一个混合单元整合在主批料线的该至少一个槽中，则组合的混合单元/槽优选为至少一个动态混合器。因此，如果该至少一个混合单元整合在主批料线的该至少一个槽中，也即动态混合器，则该组合的混合单元/槽位于该至少一个气体投配入口之前或之后。
可另选地，如果该至少一个混合单元为至少一个静态混合器或至少一个动态混合器(其为管状的)，则该至少一个混合单元与该至少一个槽优选彼此分隔，也即不组合。因此，如果该至少一个混合单元为至少一个静态混合器或至少一个动态混合器(其为管状的)，则该至少一个混合单元位于该至少一个气体投配入口与主批料线的该至少一个槽之间。
在本发明的一种实施方案中，作为多批系统的一部分的主批料线的该至少一个槽包括至少一个调节该至少一个槽的装料高度的控制单元。在这方面，要理解的是，该至少一个控制单元优选地调节槽的装料高度以便没有碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液溢出该槽。
例如，该至少一个控制单元调节槽的装料高度以便碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液(如果该槽包含碳酸氢钙溶液)释放至系统中。优选地，如果所制备的碳酸氢钙溶液满足诸如所设定的停留时间、温度、pH值、浊度、电导率、钙离子浓度等的合适参数，则碳酸氢钙溶液仅释放至系统中。
因此，碳酸氢钙溶液的制备优选是受参数控制的。
因而优选地，作为本发明设备的一部分的多批系统的主批料线包括用于控制(也即测量和监测)的装置，用于控制(测量和监测)碳酸钙水性悬浮液或碳酸氢钙溶液的参数值，例如在环状主批料线中的停留时间、电导率、温度、pH值、总溶解固体、浊度、碱度、总硬度、溶解的碳酸钙的溶液的钙浓度和/或CO2浓度。
根据本发明的一种实施方案，多批系统的主批料线包括至少一个监测pH值、浊度、电导率、温度和/或钙离子浓度(例如通过离子敏感电极)的控制单元。
额外地或者可另选地，多批系统的主批料线包括至少一个根据所设定的pH值、浊度和/或电导率调节CO2投配量、CO2投配速率、停留时间的控制单元。
作为本发明设备的一部分的多批系统的主批料线包括该至少一个气体投配入口、该至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的混合单元和该至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的槽以便实现环形连通。
因而可以理解的是，多批系统的主批料线包括所需单元以便该至少一个混合单元位于该至少一个气体投配入口与该至少一个槽之间。例如，如果该至少一个混合单元为管状的静态混合器或动态混合器，则该至少一个混合单元位于该至少一个气体投配入口与该至少一个槽之间。可另选地或者额外地，要理解的是，该至少一个槽位于该至少一个混合单元与该至少一个气体投配入口之间。可另选地或者额外地，要理解的是，该至少一个气体投配入口位于该至少一个槽与该至少一个混合单元之间。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个混合单元整合在主批料线的该至少一个槽中。例如，如果该至少一个混合单元为动态混合器，则该至少一个混合单元整合在该至少一个槽中。因此，如果该至少一个混合单元整合在主批料线的该至少一个槽中，也即动态混合器，则组合的混合单元/槽位于主批料线的该至少一个气体投配入口之前或之后。
因而要理解的是，作为至少一个动态混合器的主批料线的该至少一个混合单元位于该至少一个气体投配入口与该至少一个槽之间，或者可另选地，整合在该至少一个槽中。
换言之，主批料线的单个单元通过在这些单元内、穿过这些单元和/或在这些单元之间所提供的一个或多个管子或管道直接或间接连接，以使得流体连接管道(或管线)从一个单元的出口延伸出并且与另一单元的入口连接。
根据本发明的一种实施方案，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线的该至少一个气体投配入口因而连接至主批料线的该至少一个混合单元的至少一个入口。额外地或者可另选地，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线的该至少一个混合单元的至少一个出口连接至主批料线的该至少一个槽的至少一个入口。额外地或者可另选地，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线的该至少一个槽的至少一个出口连接至主批料线的该至少一个气体投配入口。
可另选地，如果该至少一个混合单元整合在该至少一个槽中，则作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线的该至少一个气体投配入口连接至主批料线的组合的混合单元/槽的至少一个入口。额外地或者可另选地，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线的组合的混合单元/槽的至少一个出口连接至主批料线的该至少一个气体投配入口的至少一个入口。
为了自碳酸钙水性悬浮液中获得碳酸氢钙浓缩溶液，优选地，主批料线的该至少一个气体投配入口位于该至少一个投配单元之后。
在本发明的含义中，术语“之后(after)”是指在系统的另一单元之后的随后位置，例如主批料线和/或该至少一个从批料线的该至少一个投配单元和该至少一个气体投配入口、该至少一个混合单元或该至少一个槽。除非另外指明，否则所述术语不排除在系统的所述单元之间存在阀门、控制单元、管子、管道、泵等。例如，如果指出该至少一个气体投配入口位于该至少一个投配单元之后，则该至少一个气体投配入口为该至少一个投配单元之后的随后单元；但术语“之后”不排除例如位于该至少一个气体投配入口与该至少一个投配单元之间的背压阀门。
流体从作为多批系统的主批料线的一部分的一个单元向作为相同线路的一部分的另一单元的流动优选通过一个或多个中间(并且未特别提到或描述)装置、泵或设备来实现。此外，这种流动可以是或者可以不是例如通过阀门、开关、控制单元和/或其它合适组件选择性可中断的。
在本发明的一种实施方案中，多批系统的主批料线包括至少一个泵、优选至少两个泵且最优选至少三个泵，其用于将碳酸钙水性悬浮液或碳酸氢钙溶液自主批料线的一个单元引导至作为此线路的一部分的另一单元。例如，主批料线包括至少一个位于主批料线的该至少一个混合单元之前的泵。额外地或者可另选地，该至少一个泵位于主批料线的该至少一个槽之后。
在本发明的含义中，术语“之前(before)”是指在系统的另一单元之前的居前位置，例如主批料线和/或该至少一个从批料线的该至少一个投配单元和该至少一个气体投配入口、该至少一个混合单元或该至少一个槽。除非另外指明，否则所述术语不排除在系统的所述单元之间存在阀门、控制单元、管子、管道、泵等。例如，如果指明泵位于该至少一个混合单元之前，则该至少一个泵为该至少一个混合单元之前的居前单元。
在本发明的一种实施方案中，主批料线包括一个位于主批料线的该至少一个混合单元之前和该至少一个槽之后的泵。
额外地或者可另选地，该至少一个泵(优选一个泵)位于主批料线的该至少一个气体投配入口如文氏管注入器之前或之后。
优选设计该至少一个泵以使得碳酸钙水性悬浮液或碳酸氢钙溶液以再循环方式自该至少一个气体投配入口引导至该至少一个混合单元、至该至少一个槽和进一步返回至该至少一个气体投配入口。
该气体投配入口(优选文氏管注入器)可位于该至少一个泵之前(也即更接近该至少一个混合单元)或之后(也即更接近该至少一个投配单元)，该至少一个泵位于主批料线内。使用文氏管注入器的一个优点在于，可在可用本发明多批系统进行的工艺中引入气体，例如通过发电产生的CO2。
要进一步理解的是，主批料线内的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h计)为作为主批料线的一部分的该至少一个槽的体积的0.01至100倍。
额外地或者可另选地，由向该至少一个混合单元馈送的主批料线的该至少一个泵所诱导的流动速度在0.2与10m/s之间、优选在0.5与5m/s之间、更优选在1与2m/s之间且最优选在1与1.5m/s之间。
如果作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线包括至少一个静态混合器作为至少一个混合单元，则由向该至少一个混合单元馈送的主批料线的该至少一个泵所诱导的流动速度优选在1与1.5m/s之间。
额外地或者可另选地，主批料线的该至少一个泵在1至10巴、优选2至8巴且最优选2至6巴的压力下操作。
碳酸氢钙溶液的制备可通过检测在主批料线中的分批工艺期间在线测量的参数来监测，所述参数例如是停留时间、电导率、pH值、温度、钙离子浓度、泵速度、流量压力、CO2投配或浊度。例如，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线包括至少一个用于监测停留时间、泵速度、流量、压力和/或CO2投配的控制单元。额外地或者可另选地，主批料线包括至少一个用于监测碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液的pH值、浊度、电导率、温度和/或钙离子浓度(例如通过离子敏感电极)的控制单元。
因而可以理解的是，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线优选包括至少一个用于根据所设定的pH值、浊度和/或电导率调节投配量和/或CO2投配速率和/或停留时间的控制单元。该至少一个用于调节CO2投配量和/或投配速率和/或停留时间的控制单元、以及该至少一个用于监测停留时间、泵速度、流量、压力和/或CO2投配的控制单元以及一个用于监测pH值、浊度、电导率、温度和/或钙离子浓度的控制单元可共同地或者单独地操作。
例如，主批料线包括用于监测流量的控制单元，其优选位于该至少一个混合单元之前和/或该至少一个气体投配入口之后。优选地，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线包括用于分别监测pH值、浊度和电导率的控制单元，其优选位于该至少一个混合单元之后和/或该至少一个槽之前。
在本发明的一种实施方案中，作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线包括用于监测流量的控制单元，其位于该至少一个混合单元之前和该至少一个气体投配入口之后，以及用于分别测量pH值、浊度和电导率的控制单元，其位于主批料线的该至少一个混合单元之后和该至少一个槽之前。
本发明的一个要求是：至少一部分碳酸钙水性悬浮液或碳酸氢钙溶液可从作为本发明设备的多批系统的一部分的主批料线排出。排出的碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液优选经受通过作为本发明设备的一部分的该至少一个膜过滤单元进行的过滤。
因此，优选地，多批系统的主批料线的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口。
在本发明的一种实施方案中，多批系统的主批料线因而包括至少一个出口，其位于该至少一个混合单元之前和/或之后。穿过本发明设备的该至少一个膜过滤单元的碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液优选通过位于该至少一个混合单元之后的至少一个出口从主批料线排出。主批料线因而优选包括位于该至少一个混合单元之后的至少一个出口。例如，主批料线包括位于该至少一个混合单元之前和之后的至少一个出口。
碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液的排出优选由能够选择性中断碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液的流动的阀门、开关、控制单元和/或其它合适的组件控制。
本发明设备的另一要求在于：多批系统包括至少一个包括以环形连通的至少一个气体投配入口、至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的混合单元和至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的槽的从批料线。
优选地，多批系统包括至少一个从批料线、优选至少两个从批料线且最优选至少三个从批料线。例如，多批系统包括一个从批料线。
在该一个或多个从批料线的每一个中，通过该至少一个投配单元注入多批系统的该至少一个从批料线的每一个中的碳酸钙水性悬浮液与二氧化碳接触以将碳酸钙溶解于水性悬浮液中，从而形成碳酸氢钙溶液。所述碳酸钙悬浮液在该至少一个从批料线的每一个中转化成碳酸氢钙溶液。要理解的是，碳酸钙悬浮液向碳酸氢钙溶液的转化在该一个或多个从批料线的每一个中在特定停留时间内进行。例如，在该一个或多个从批料线的每一个中碳酸钙悬浮液转化成碳酸氢钙溶液的停留时间优选小于240分钟、更优选小于120分钟、再更优选小于90分钟、甚至更优选小于60分钟且最优选小于45分钟。例如，在该一个或多个从批料线的每一个中碳酸钙悬浮液转化成碳酸氢钙溶液的停留时间可为1至240分钟、更优选1至120分钟、再更优选1至90分钟、甚至更优选2至60分钟且最优选2至45分钟。
优选地，在多批系统的该一个或多个从批料线的每一个中获得的碳酸氢钙溶液具有以CaCO3计50至1,000mg/l、优选以CaCO3计100至800mg/l且最优选以CaCO3计500至700mg/l的钙浓度(以碳酸氢钙计)。因而可以理解的是，在多批系统的该至少一个从批料线中获得的碳酸氢钙溶液为碳酸氢钙浓缩溶液。
额外地或者可另选地，在该一个或多个从批料线的每一个中获得的碳酸氢钙溶液具有1至150mg/l MgCO3、优选2至100mg/l MgCO3且最优选5至50mg/l MgCO3的镁浓度。根据本发明的另一实施方案，在该一个或多个从批料线的每一个中获得的碳酸氢钙溶液具有小于250NTU、优选小于200NTU、更优选小于150且最优选小于100NTU的浊度值。例如，在该一个或多个从批料线的每一个中获得的碳酸氢钙溶液具有小于50NTU或小于20NTU的浊度值。
根据本发明的再一实施方案，在多批系统的该一个或多个从批料线的每一个中获得的碳酸氢钙溶液具有高于200μS/cm、优选高于500μS/cm、更优选高于700μS/cm或高于900μS/cm的电导率值。
碳酸氢钙溶液优选通过引入以下任一在该至少一个从批料线中制备：(i)二氧化碳生成化合物或(ii)二氧化碳生成化合物和酸。
在本发明的一种实施方案中，二氧化碳生成化合物为由二氧化碳与其它气体构成的气态混合物，例如由工业过程(如燃烧过程或煅烧过程或类似过程)排出的含有二氧化碳的烟道气，或者二氧化碳生成化合物为气态二氧化碳。如果使用由二氧化碳与其它气体构成的气态混合物，则二氧化碳的存在范围基于气态混合物的总体积计为90％-至约99％体积，优选95％至99％体积。例如，基于气态混合物的总体积计二氧化碳以至少97％体积的量存在。
本发明中所用的酸优选是选自硫酸、盐酸、亚硫酸、磷酸的酸，且优选为硫酸或磷酸。
在多批系统的该至少一个从批料线中使用的气态二氧化碳可自储存槽获得，其中气态二氧化碳保持在液相中。取决于二氧化碳的消耗速率和环境，可使用低温或传统上隔离的槽。可使用空气加热型汽化器或基于电或蒸汽的汽化系统将液态二氧化碳转化成气态二氧化碳。必要时，气态二氧化碳的压力可在经由该至少一个气体投配入口的注入步骤之前例如通过使用降压阀门来降低。
气态二氧化碳可通过位于该至少一个从批料线的至少一个气体投配入口以受控速率注入多批系统的该至少一个从批料线中的碳酸钙水性悬浮液流中，在该流中形成二氧化碳气泡分散体且使气泡溶解于其中。例如，碳酸钙在液体(也即水)中的溶解需要对于存在于碳酸钙水性悬浮液中的CaCO3的总量来说化学计量比率或过量的二氧化碳。如果使用过量的二氧化碳，则根据水性悬浮液中的初始CO2浓度，过量的二氧化碳在就CaCO3的化学计量比率的1倍与20倍之间、优选在就CaCO3的化学计量比率的2倍与10倍之间且最优选在就CaCO3的化学计量比率的1倍与6倍之间变化。取决于母溶液(碳酸氢钙溶液)的实际浓度，利用要再矿化的水稀释碳酸氢钙浓缩溶液的稀释比将对最终目标pH值(过量的CO2)和最终目标钙浓度(添加的CaCO3)具有影响。
要理解的是，为了获得碳酸氢钙溶液，碳酸钙在该至少一个从批料线中的碳酸钙悬浮液的液相(也即水)中的溶解速率取决于投配的CO2的量，还取决于悬浮液中的温度、pH值、压力、初始CaCO3浓度以及CO2引入多批系统的该至少一个从批料线中的碳酸钙悬浮液中的投配速率。
根据一种示例性实施方案，通过位于该一个或多个从批料线的每一个中的至少一个气体投配入口将二氧化碳在水湍流区引入用于制备碳酸氢钙溶液(即在多批系统的该一个或多个从批料线的每一个中)的碳酸钙水性悬浮液中，其中湍流可例如通过管道中的约束来产生。例如，二氧化碳可引入置于连接多批系统的该至少一个从批料线的单个单元的管道中的文氏管注入器的喉部。文氏管注入器的喉部的管道横截面积变狭窄产生能量足以将二氧化碳打碎成相对小的气泡并且从而促进其在该至少一个从批料线中的溶解的湍流。根据一种实施方案，二氧化碳在压力下引入多批系统的该至少一个从批料线中的碳酸钙水性悬浮液流中。
额外地或者可另选地，要理解的是，在该至少一个从批料线中将二氧化碳注入温度为5至60℃、优选10至50℃且最优选10至40℃(如10至30℃)的碳酸钙水性悬浮液中。在本发明的一种实施方案中，多批系统的该至少一个从批料线中的碳酸钙水性悬浮液具有约为室温(也即15至25℃)的温度。
在本发明的一种实施方案中，在约为室温(也即15至25℃)的温度下在1至3巴的压力下将二氧化碳注入该至少一个从批料线中的碳酸钙水性悬浮液中。例如，在约为室温(也即15至25℃)的温度下在约2巴的压力下将二氧化碳注入该至少一个从批料线中的碳酸钙水性悬浮液中。
因而要理解的是，多批系统的该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口优选为CO2入口。在本发明的一种实施方案中，该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口为文氏管注入器。可另选地，该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口为具有背压阀门的质量流量控制器。例如，该具有背压阀门的质量流量控制器为Bronkhurst装置。
流量控制阀门或其它装置可用于控制二氧化碳流入用于在该至少一个从批料线中制备碳酸氢钙浓缩溶液的碳酸钙水性悬浮液中的速率。例如，CO2投配块和/或浊度、pH值或电导率在线测量装置和/或定时器可用于控制投配到多批系统的该至少一个从批料线中的碳酸钙悬浮液中CO2的速率。
优选地，在多批系统的该一个或多个从批料线的每一个中，通过该至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的混合单元促进用于制备碳酸氢钙溶液的碳酸钙水性悬浮液中的二氧化碳的溶解。
在本发明的一种实施方案中，多批系统的该一个或多个从批料线的每一个包括一个混合单元、优选至少两个混合单元且更优选两个混合单元。例如，该一个或多个从批料线的每一个包括至少两个串联连接的混合单元，优选两个串联连接的混合单元。
在这方面，要理解的是，作为本发明设备的多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元可为本领域技术人员所熟知的任何种类的槽和/或容器，其用于合并和/或混合和/或搅拌包含碳酸钙的悬浮液。例如，该至少一个混合单元为垂直和/或水平混合单元或管状混合单元。可另选地，该至少一个混合单元是用于空蚀的任何装置。例如，该至少一个混合单元为购自美国Applied Cavitation Technologies的空蚀装置。
在本发明的一种实施方案中，多批系统的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元为垂直和/或水平混合单元。优选地，多批系统的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元为垂直混合单元。
例如，多批系统的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元为范围在1l至1,000kl、优选10l至500kl、更优选10l至250kl且最优选10l至100kl的槽和/或容器。
优选地，多批系统的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元包括搅拌装置和/或空蚀装置。在本发明的一种实施方案中，该至少一个混合单元包括搅拌装置或空蚀装置。优选地，该至少一个混合单元包括搅拌装置。例如，搅拌装置选自机械搅拌装置，例如槽和/或容器中典型地用于搅拌和混合包含碳酸钙的悬浮液的搅拌浆叶。可另选地，搅拌装置选自槽和/或容器中典型地用于搅拌和混合更为浓缩的包含碳酸钙的悬浮液的粉末-液体混合装置。可另选地，如果该至少一个混合单元为管状混合单元，则混合单元可包含使碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液能够充分混合的混合珠。
在本发明的一种实施方案中，该至少一个从批料线的该至少一个混合单元为至少一个静态混合器。优选地，该至少一个静态混合器的特征在于，该混合器包括多个一个接一个并且沿管轴彼此相邻排列的混合室。
在这方面，要理解的是，作为本发明设备的多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个静态混合器可为本领域技术人员所熟知的任何种类的静态混合器，其用于彻底混合包含碳酸钙的悬浮液或碳酸氢钙溶液。
例如，多批系统的该至少一个从批料线的该至少一个静态混合器为购自瑞士Sulzer Chemtech AG的如Sulzer Mischer SMVTM的静态混合器。
可另选地，多批系统的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元为至少一个动态混合器。优选地，动态混合器的特征在于，该混合器包括例如搅拌浆叶或混合珠或螺旋桨的混合装置。
在这方面，要理解的是，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个动态混合器可为本领域技术人员所熟知的任何种类的动态混合器，其用于彻底混合包含碳酸钙的悬浮液或碳酸氢钙溶液。在本发明的一种实施方案中，该至少一个从批料线的该至少一个动态混合器为包含多个混合珠的管状混合器。
例如，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个动态混合器可为本领域技术人员所熟知的任何种类的动态混合器，其用于合并和/或混合和/或搅拌包含碳酸钙的悬浮液。
取决于多批系统的该至少一个从批料线中的所得碳酸氢钙水溶液的浓度，在该至少一个从批料线中的停留时间可为1至240分钟、1至120分钟、1至90分钟、2至60分钟或2至45分钟。要理解的是，在多批系统的该至少一个从批料线中的停留时间可在宽范围内变化，并且可取决于例如投配到该至少一个从批料线中的碳酸钙悬浮液中的CO2的量。
为了在二氧化碳存在下将出自碳酸钙水性悬浮液中的碳酸钙进一步溶解以形成碳酸氢钙溶液，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线包括至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的槽。
优选地，多批系统的该至少一个从批料线包括一个槽。
在这方面，要理解的是，该至少一个从批料线的该至少一个槽可为本领域技术人员所熟知的任何种类的槽和/或容器，其用于搅拌包含碳酸钙的悬浮液和/或完成包含碳酸钙的悬浮液向碳酸氢钙溶液的转化。
例如，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个槽可为范围在1l至1,000kl、优选10l至500kl、更优选10l至250kl且最优选10l至100kl的槽和/或容器。
要进一步理解的是，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个槽为本领域技术人员所熟知的开放式槽或封闭式槽。在本发明的一种实施方案中，该至少一个从批料线的该至少一个槽为封闭式槽。例如，如果该至少一个从批料线的该至少一个槽以封闭式槽形式提供，则该封闭式槽优选在压力下操作，也即在压力下进行包含碳酸钙的悬浮液的搅拌和/或完成包含碳酸钙的悬浮液至碳酸氢钙溶液的转化。可在该至少一个从批料线的该至少一个封闭式槽中调节的合适的压力在0.1至10kPa、更优选地在0.2至5kPa且最优选在0.5至2kPa范围内。
在本发明的一种实施方案中，该至少一个从批料线的该至少一个槽包括搅拌装置。例如，搅拌装置选自机械搅拌装置，例如槽和/或容器中典型地用于搅拌包含碳酸钙的悬浮液或碳酸氢钙溶液的搅拌浆叶。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个从批料线的该至少一个混合单元整合在该至少一个从批料线的该至少一个槽中。例如，如果该至少一个混合单元整合在该至少一个从批料线的该至少一个槽中，则组合的混合单元/槽优选为至少一个动态混合器。因此，如果该至少一个混合单元整合在该至少一个从批料线的该至少一个槽中，也即动态混合器，则该组合的混合单元/槽位于该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口之前或之后。
可另选地，如果作为本发明设备的多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元为至少一个静态混合器或至少一个动态混合器(其为管状的)，则该至少一个混合单元与该至少一个槽优选彼此分隔，也即不组合。因此，如果该至少一个从批料线的该至少一个混合单元为至少一个静态混合器或至少一个动态混合器(其为管状的)，则该至少一个混合单元位于该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口与该至少一个槽之间。
在本发明的一种实施方案中，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个槽包括至少一个用于调节该至少一个从批料线的该至少一个槽的装料高度的控制单元。在这方面，要理解的是，该至少一个控制单元调节该至少一个从批料线的该至少一个槽的装料高度以便没有碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液溢出该至少一个槽。
例如，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个控制单元调节该相应的至少一个槽的装料高度以便碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液(如果该槽包含碳酸氢钙溶液)释放至系统中。
作为本发明设备的多批系统的一部分的该一个或多个从批料线中的每一个包括该至少一个气体投配入口、该至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的混合单元和该至少一个配备有至少一个入口和至少一个出口的槽以便实现环形连通。
因而可以理解的是，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线包括所需单元以便该至少一个混合单元位于该至少一个气体投配入口与该至少一个槽之间。例如，如果该至少一个混合单元为管状的静态混合器或动态混合器，则该至少一个从批料线的该至少一个混合单元位于该至少一个气体投配入口与该至少一个槽之间。可另选地或者额外地，要理解的是，该至少一个从批料线的该至少一个槽位于该至少一个混合单元与该至少一个气体投配入口之间。可另选地或者额外地，要理解的是，该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口位于该至少一个槽与该至少一个混合单元之间。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个混合单元整合在该至少一个从批料线的该至少一个槽中。例如，如果该至少一个混合单元为动态混合器，则该至少一个混合单元整合在该至少一个槽中。因此，如果该至少一个混合单元整合在该至少一个槽中，也即动态混合器，则组合的混合单元/槽位于该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口之前或之后。
因而要理解的是，作为至少一个动态混合器的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元位于该至少一个气体投配入口与该至少一个槽之间，或者可另选地，整合在该至少一个从批料线的该至少一个槽中。
换言之，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的单个单元通过在这些单元内、穿过这些单元和/或在这些单元之间所提供的一个或多个管子或管道直接或间接连接，以使得流体连接管道(或管线)从一个单元的出口延伸出并且与另一单元的入口连接。
根据本发明的一种实施方案，该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口因而连接至作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元的至少一个入口。额外地或者可另选地，该至少一个从批料线的该至少一个混合单元的至少一个出口连接至作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个槽的至少一个入口。额外地或者可另选地，该至少一个从批料线的该至少一个槽的至少一个出口连接至作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口。
可另选地，如果作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元整合在该至少一个槽中，则该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口连接至作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的组合的混合单元/槽的至少一个入口。额外地或者可另选地，主批料线的组合的混合单元/槽的至少一个出口连接至作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口的至少一个入口。
为了自碳酸钙水性悬浮液中获得碳酸氢钙浓缩溶液，优选地，该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口位于该至少一个投配单元之后。
流体从作为多批系统的从批料线的一部分的一个单元向作为相同从批料线的一部分的另一单元的流动可通过一个或多个中间(并且未特别提到或描述)装置、泵或设备来实现。此外，这种流动可以是或者可以不是例如通过阀门、开关、控制单元和/或其它合适组件选择性可中断的。
在本发明的一种实施方案中，作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线包括至少一个泵、优选至少两个泵且最优选至少三个泵，其用于将碳酸钙水性悬浮液或碳酸氢钙溶液自该至少一个从批料线的一个单元引导至作为相同从批料线的一部分的另一单元。例如，该至少一个从批料线包括至少一个位于该至少一个从批料线的该至少一个混合单元之前的泵。额外地或者可另选地，该至少一个泵位于作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个槽之后。
在本发明的一种实施方案中，该至少一个从批料线包括一个位于作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个混合单元之前和该至少一个槽之后的泵。
额外地或者可另选地，该至少一个泵(优选一个泵)位于作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口如文氏管注入器之前或之后。
优选设计该至少一个泵以使得碳酸钙水性悬浮液或碳酸氢钙溶液以再循环方式自该至少一个气体投配入口引导至该至少一个混合单元、至该至少一个槽和进一步返回至该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口。
该至少一个气体投配入口(优选文氏管注入器)可位于该至少一个泵之前(也即更接近该至少一个混合单元)或之后(也即更接近该至少一个投配单元)，该至少一个泵位于作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线内。
要进一步理解的是，该至少一个从批料线内的该至少一个泵的泵送能力(以总和的m3/h计)为作为该至少一个从批料线(其作为多批系统的一部分)的一部分的该至少一个槽的体积的0.01至100倍。
额外地或者可另选地，由向该至少一个混合单元馈送的该至少一个从批料线的该至少一个泵所诱导的流动速度在0.2与10m/s之间、优选在0.5与5m/s之间、更优选在1与2m/s之间且最优选在1与1.5m/s之间。
如果作为多批系统的一部分的该至少一个从批料线包括至少一个静态混合器作为至少一个混合单元，则由向该至少一个混合单元馈送的该至少一个从批料线的该至少一个泵所诱导的流动速度优选在1与1.5m/s之间。
额外地或者可另选地，该至少一个从批料线的该至少一个泵在1至10巴、优选2至8巴且最优选2至6巴的压力下操作。
碳酸氢钙溶液的制备可通过检测参数来监测，所述参数例如是停留时间、泵速度、流量、压力和/或CO2投配。
因而可以理解的是，多批系统的该至少一个从批料线优选包括至少一个用于监测停留时间、泵速度、流量、压力和/或CO2投配的控制单元，其可共同地或者单独地操作。
本发明的一个要求是：至少一部分碳酸钙水性悬浮液或碳酸氢钙溶液可从作为本发明设备的多批系统的一部分的该至少一个从批料线排出。排出的碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液优选经受通过作为本发明设备的一部分的该至少一个膜过滤单元进行的过滤。
因此，优选地，多批系统的该至少一个从批料线的至少一个出口连接到该至少一个膜过滤单元的至少一个入口。
在本发明的一种实施方案中，多批系统的该至少一个从批料线因而包括至少一个出口，其位于该至少一个混合单元之前和/或之后。穿过本发明设备的该至少一个膜过滤单元的碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液优选通过位于该至少一个混合单元之后的至少一个出口从该至少一个从批料线排出。该至少一个从批料线因而优选包括位于该至少一个混合单元之后的至少一个出口。例如，该至少一个从批料线包括位于该至少一个混合单元之前和之后的至少一个出口。
碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液从该至少一个从批料线的排出优选由能够选择性中断碳酸钙悬浮液或碳酸氢钙溶液的流动的阀门、开关、控制单元和/或其它合适的组件控制。
可理解的是，碳酸氢钙水溶液从主批料线和/或该至少一个从批料线排出并且通过膜过滤单元过滤以进一步降低在该设备的多批系统中(也即在主批料线中和/或该至少一个从批料线的每一个中)产生的碳酸氢钙溶液的浊度水平。
因而本发明的一个要求是：该设备包括至少一个膜过滤单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口。因此应理解的是，主批料线的至少一个出口和该至少一个从批料线的至少一个出口独立地连接至该至少一个膜过滤单元的至少一个入口。
在本发明的一种实施方案中，主批料线以及该至少一个从批料线中的每一个连接至相同膜过滤单元，也即该设备包括一个膜过滤单元。在本发明的一种实施方案中，多批系统的主批料线以及该至少一个从批料线中的每一个能够同时将碳酸氢钙溶液馈送至本发明设备的该一个膜过滤单元。可另选地，多批系统的主批料线以及该至少一个从批料线中的每一个能够彼此独立地将碳酸氢钙溶液馈送至本发明设备的该一个膜过滤单元。
因此可以理解，主批料线的至少一个出口以及每个从批料线的至少一个出口独立地连接至该一个膜过滤单元的至少一个入口。优选地，主批料线的至少一个出口以及每个从批料线的至少一个出口独立地连接至该膜过滤单元的相同入口，也即该膜过滤单元包括一个入口。
如果本发明设备包括一个膜过滤单元，储存槽(优选一个储存槽)可位于主批料线与该膜过滤单元之间和/或该至少一个从批料线与该膜过滤单元之间。例如，一个储存槽位于主批料线与该膜过滤单元之间或该至少一个从批料线与该膜过滤单元之间。可另选地，一个储存槽位于主批料线与该膜过滤单元之间以及该至少一个从批料线与该膜过滤单元之间。因而可理解，主批料线以及该至少一个从批料线中的每一个独立地连接至相同储存槽。
因此，主批料线的至少一个出口以及该至少一个从批料线的至少一个出口独立地连接至该储存槽的至少一个入口。额外地，该储存槽的至少一个出口连接至该膜过滤单元的至少一个入口。
在此方面应理解的是，储存槽可为本领域技术人员所熟知的任何种类的槽和/或容器，其用于储存和收集碳酸氢钙溶液。例如，该储存槽可为范围在1l至1,000kl、优选10l至500kl、更优选10l至250kl且最优选10l至100kl的槽和/或容器。
要进一步理解的是，该储存槽可以是本领域技术人员所熟知的开放式储存槽或封闭式储存槽。在本发明的一种实施方案中，该储存槽为封闭式储存槽。例如，如果该储存槽以封闭式储存槽形式提供，则该封闭式储存槽可在大气压下或者在高于大气压下操作。在本发明的一种实施方案中，该封闭式储存槽优选在压力下操作，也即在高于大气压下进行碳酸氢钙溶液的储存和收集。可在该至少一个封闭式储存槽中调节的合适的压力优选地在0.1巴至10巴、更优选地在0.2至5kPa且最优选在0.5至2kPa范围内。
在本发明的一种实施方案中，该储存槽包括至少一个调节该储存槽内的装料高度的控制单元。在这方面要理解的是，该至少一个控制单元调节储存槽内的装料高度以便没有碳酸氢钙溶液溢出该储存槽。
可另选地，该设备包括至少两个膜过滤单元。例如，该设备包括两个膜过滤单元，也即一个膜过滤单元连接至主批料线，并且一个膜过滤单元连接至该一个或多个从批料线。
在本发明的一种实施方案中，作为本发明设备的一部分的膜过滤单元的总数对应于作为多批系统的一部分的主批料线和从批料线的总数。因此可以理解，主批料线以及该一个或多个从批料线中的每一个独立地连接至不同膜过滤单元。
如上已经提及的，碳酸氢钙溶液从主批料线以及该至少一个从批料线的排出分别优选地由阀门控制。
优选地，该设备因而包括至少一个阀，其位于该至少一个膜过滤单元和多批系统(也即主批料线以及该至少一个从批料线)之间。例如，如果该设备包括一个膜过滤单元，则该设备包括一个或两个阀门，优选一个阀门，其位于该一个膜过滤单元和多批系统之间。如果储存槽位于多批系统(也即主批料线和该至少一个从批料线)与该一个膜过滤单元之间，则该设备优选包括两个阀门，也即一个阀门位于该储存槽之前并且一个阀门位于该储存槽之后。
可另选地，如果该设备包括两个或更多个膜过滤单元，则至少一个阀门位于主批料线和每个至少一个从批料线分别与每个膜过滤单元之间。
在本发明的一种实施方案中，位于该至少一个膜过滤单元与多批系统(也即主批料线以及该至少一个从批料线)之间的至少一个阀门是至少一个背压阀门。
在本发明的一种实施方案中，至少一个泵位于主批料线与该至少一个膜过滤单元之间和/或至少一个泵位于该至少一个从批料线(优选每个从批料线)与该至少一个膜过滤单元之间。例如，如果本发明设备包括一个膜过滤单元和储存槽，则至少一个泵(优选一个泵)位于储存槽与该一个膜过滤单元之间，用于将碳酸氢钙溶液导向该膜过滤单元。
作为该设备的一部分的该至少一个膜过滤单元可以是本领域技术人员已知的任何种类的膜过滤器且典型地用于过滤包含碳酸钙的水性悬浮液/溶液。例如，可使用交叉流膜微过滤装置和/或交叉流膜超滤装置。
要理解的是，在膜过滤单元内部与周围环境之间存在压力差，以使得悬浮粒子自悬浮液/溶液分离且获得澄清溶液。优选地，膜过滤单元内部的压力高于周围环境的压力。
微过滤膜是孔尺寸介于0.1与10μm之间的膜且典型地用于将悬浮粒子与悬浮液分离。微过滤膜可为陶瓷、聚合物或其它合成材料的。优选地，所述膜具有反脉冲能力，也即通过压力穿过膜至水性悬浮液的浓缩侧的滤液逆流移除易于降低膜的流动速率的污染物的累积。相比之下，超滤膜为孔尺寸介于0.001与0.1μm之间的膜且用于从悬浮液分离乳液、蛋白质和大分子。构成材料典型地与微过滤膜相同。超滤膜是如上所述的反脉冲的，或者通过将滤液阀门关闭一定的时间周期而是反洗的。
例如，该至少一个膜过滤单元为交叉流膜过滤装置。在本发明的一种实施方案中，该至少一个膜过滤单元为交叉流膜微过滤装置。额外地或者可另选地，该至少一个膜过滤单元为交叉流膜超滤装置。例如，该至少一个膜过滤单元为交叉流膜超滤装置。
交叉流膜过滤装置为本领域技术人员已知。适用于本发明设备的一种交叉流膜过滤装置包括购自德国Microdyn-Nadir GMBH如Mycrodyn Modul CMB 150的交叉流膜过滤装置或来自Inge的超滤膜2.5"dizzer模块(UF Module dizzer 2514P 0.5)。
要理解的是，该至少一个膜过滤单元包括至少一个板状过滤器和/或管式过滤器和/或毛细管过滤器膜。优选地，该至少一个膜过滤单元包括至少一个管式过滤器膜。如果该至少一个膜过滤单元包括至少一个管式过滤器膜，则该管式过滤器膜优选具有0.01mm-25mm，更优选0.1mm-10mm并且最优选0.1-7.5mm的管的内径。例如，该管式过滤器膜具有1mm-7.5mm并且优选2.5mm-7.5mm的管的内径。
在本发明的一种实施方案中，该至少一个膜过滤单元包括具有多个毛细管的毛细管过滤器膜。如果该至少一个膜过滤单元为具有多个毛细管的毛细管过滤器膜，则所述毛细管优选具有0.01mm至25mm、更优选0.1mm至10mm且最优选0.1至7.5mm的内径。例如，该至少一个膜过滤单元的毛细管具有0.5mm至5mm且优选0.5mm至2.5mm的内径。
如果该至少一个膜过滤单元为具有多个毛细管的毛细管过滤器膜，则该膜过滤单元优选包括2至15个毛细管、优选4至12个且最优选5至10个毛细管。例如，该至少一个膜过滤单元包括7个毛细管。
毛细管过滤器膜是优选的，因为它们为在相对低操作压力和高再循环流速下的固体分离提供优异的流动条件，这是因为湍流在膜表面处产生。
在本发明的一种实施方案中，毛细管过滤器膜包括至少一个孔尺寸介于0.01μm与10μm之间、优选0.05与5μm之间、更优选0.1与2μm之间且最优选0.5与2μm之间的膜。
膜过滤单元为本领域技术人员已知。可适用于本发明多批系统的一种膜过滤单元包括购自德国Inge watertechnologies的模块。
要进一步理解的是，穿过交叉流膜过滤装置的该至少一个膜的流动速度在0.1m/s与10m/s之间、优选0.5m/s与5m/s之间且最优选1m/s与4m/s之间。额外地或者可另选地，在交叉流膜过滤装置的入口处的压力在0巴与30巴之间、优选0.2巴与10巴之间且最优选0.5与5巴之间。
在本发明的一种实施方案中，该至少一个膜由选自以下的材料制成：烧结的材料、多孔瓷、合成聚合物如聚乙烯、聚丙烯或或者改性聚醚砜及其混合物。
在该至少一个膜过滤单元之后获得的碳酸氢钙溶液(即滤液)优选具有5.5至9、优选5.5至8且最优选5.5至7.5范围内的pH值。
额外地或者可另选地，在该至少一个膜过滤单元之后获得的碳酸氢钙溶液(即滤液)具有50至1,000mg/l、优选100至800mg/l且最优选500至700mg/l的钙浓度，以CaCO3计。因而可以理解，在该至少一个膜过滤单元之后获得的碳酸氢钙溶液(即滤液)是碳酸氢钙浓缩溶液。根据另一实施方案，在该至少一个膜过滤单元之后获得的碳酸氢钙溶液(即滤液)具有1至150mg/l MgCO3、优选2至100mg/l MgCO3且最优选5至50mg/l MgCO3的镁浓度。
根据本发明的又一实施方案，在该至少一个膜过滤单元之后获得的碳酸氢钙溶液(即滤液)具有小于5.0NTU、优选小于2.0NTU且最优选小于1.0NTU的浊度值。例如，在该至少一个膜过滤单元之后获得的碳酸氢钙溶液(即滤液)具有小于0.5NTU的浊度值。
根据本发明的再一实施方案，在该至少一个膜过滤单元之后获得的碳酸氢钙溶液(即滤液)具有高于200μS/cm，优选高于300μS/cm，更优选高于400μS/cm或高于500μS/cm的电导率值。
本发明的一个要求是：该设备的单元(也即该至少一个投配单元、多批系统以及该至少一个膜过滤单元)以环形连通方式(也即以环状系统方式)连接，使得在该至少一个膜过滤单元中获得的残余物被循环回本发明设备的该至少一个投配单元。因而可以理解，该至少一个膜过滤单元的至少一个出口连接至该至少一个投配单元的至少一个入口。例如，如果该设备包括一个膜过滤单元，则该膜过滤单元的一个出口连接至该至少一个投配单元的一个入口。可另选地，如果该设备包括两个或更多个膜过滤单元，则每个膜过滤单元的一个出口独立地连接至该至少一个投配单元的至少一个入口，优选一个入口。
应理解的是，多批系统的主批料线和该至少一个从批料线可彼此独立地操作。例如，多批系统的主批料线用于制备碳酸氢钙溶液，并且多批系统的该至少一个从批料线已含有制备的碳酸氢钙溶液。可另选地，多批系统的主批料线已含有制备的碳酸氢钙溶液，并且多批系统的该至少一个从批料线用于制备碳酸氢钙溶液。
本发明设备的优点在于实现碳酸氢钙溶液的连续制备，该碳酸氢钙溶液可进一步用于水的再矿化。尤其是，本发明设备使得能够连续制备具有减小的浊度(即浊度<0.5NTU)的碳酸氢钙浓缩溶液。
鉴于在本发明设备中有利地制备碳酸氢钙溶液，本发明的另一方面涉及该设备用于制备碳酸氢钙溶液的用途。尤其是，本发明涉及该设备用于连续制备碳酸氢钙溶液的用途。优选地，该溶液具有50至1,000mg/l、优选100至800mg/l且最优选500至700mg/l的碳酸氢钙浓度。
优选地，制备的碳酸氢钙溶液用于水的再矿化。
本发明的另一方面因而涉及在该设备中制备的碳酸氢钙溶液用于水的再矿化的用途。优选地，要被再矿化的水选自饮用水、休闲用水如用于游泳池的水、用于工艺应用的工业用水、灌溉用水或用于蓄水层或水井补给的水。
附图说明
在下文中结合涉及多批系统的一种实施方案的附图更详细地解释本发明。
图1显示包括至少一个投配单元、多批系统和一个膜过滤单元的设备的示例性配置。该设备包括至少一个投配单元(6)，其连接至水供给(2)以及用于固体物质的储存容器(4)形式的固体供给。该设备进一步包括浆料供给(8)，其连接至少一个投配单元(6)和多批系统的每一个线路，也即主批料线(10)，第一从批料线(12)以及每个任选的另外的从批料线(14)，并且被用于将碳酸钙水性悬浮液注入多批系统。主批料线以及每个从批料线分别包括以环形连通的气体投配入口(16)、至少一个混合单元(26)以及至少一个槽(28)。为了将二氧化碳引入碳酸钙水性悬浮液中，主批料线以及每个从批料线分别配备有气体投配入口如CO2入口(16)。此外，二氧化碳在碳酸钙水性悬浮液中的溶解通过分别在主批料线以及每个从批料线中提供的至少一个混合单元(26)而得以促进。为了在二氧化碳存在下将出自碳酸钙水性悬浮液中的碳酸钙进一步溶解以形成碳酸氢钙浓缩溶液，主批料线以及每个从批料线分别进一步包括至少一个槽(28)。因而优选地，主批料线以及每个从批料线分别地被布置以使得气体投配入口(16)连接至该至少一个混合单元(26)的至少一个入口并且该至少一个混合单元(26)的至少一个出口连接至该至少一个槽(28)的至少一个入口。此外，至少一个槽(28)的至少一个出口连接至气体投配入口(16)。
一个要求是：至少一部分碳酸氢钙水溶液可分别从主批料线以及每个从批料线排出。因此，主批料线以及每个从批料线分别配置有出口，所述出口用于排出至少一部分碳酸钙溶液并且经由供给(20,22,24)将碳酸钙溶液提供到至少一个膜过滤单元(34)。所述出口优选分别位于主批料线以及每个从批料线的至少一个混合单元(26)之后。
此外，分别从主批料线以及每个从批料线排出的碳酸氢钙溶液可任选地被储存和收集在储存槽(30)中，使得合并的产物(32)然后进一步被导向膜过滤单元(34)。因此，储存槽(30)位于多批系统与膜过滤单元(34)之间。
应理解的是，该设备的单个单元(也即至少一个投配单元(6)、多批系统(10,12,14)以及一个膜过滤单元(34))以环形连通提供。因而优选地，该设备被布置以使得至少一个投配单元(6)的至少一个出口连接至主批料线(10)的至少一个入口并且至少一个投配单元(6)的至少一个出口连接至一个或多个从批料线(12,14)的至少一个入口。此外，主批料线(10)的至少一个出口连接至膜过滤单元(34)的至少一个入口并且一个或多个从批料线(12,14)的至少一个出口连接至膜过滤单元(34)的相同入口。为了提供环形连通，进一步要求膜过滤单元(34)的至少一个出口连接至该至少一个投配单元(6)的至少一个入口，用于将保留在至少一个膜过滤单元(34)中的残余物再循环回至少一个投配单元(6)。
任选地，如果在该设备中提供储存槽(30)，主批料线(10)的至少一个出口连接至储存槽(30)的至少一个入口并且一个或多个从批料线(12,14)的至少一个出口连接至储存槽(30)的相同入口。除此之外，储存槽(30)的至少一个入口连接至膜过滤单元(34)的至少一个入口。
应理解的是，膜过滤单元(34)连接到至少一个投配单元(6)，使得保留在膜过滤单元(34)中的残余物可经由供给(38)循环回本发明设备的至少一个投配单元(6)。
已穿过膜过滤单元(34)的滤液(即碳酸氢钙溶液的一部分)可从膜过滤单元(34)排出。因此，膜过滤单元(34)配备有用于排出碳酸钙溶液的出口(36)。
图2显示设备的示例性配置，该设备包括至少一个投配单元、多批系统以及至少一个膜过滤单元，其中膜过滤单元的总数对应于作为多批系统的一部分的主批料线和从批料线的总数。
该设备包括至少一个投配单元(46)，其连接至水供给(42)以及用于固体物质的储存容器(44)形式的固体供给。该设备进一步包括浆料供给(48)，其连接至该至少一个投配单元(46)以及多批系统的每个管线，也即主批料线(50)、第一从批料线(52)以及每个任选的另外的从批料线(54)，并且被用于将碳酸钙水性悬浮液注入多批系统。主批料线以及每个从批料线分别包括以环形连通的气体投配入口(16)、至少一个混合单元(26)以及至少一个槽(28)。为了将二氧化碳引入碳酸钙水性悬浮液，主批料线以及每个从批料线分别配备有气体投配入口如CO2入口(16)。此外，二氧化碳在碳酸钙水性悬浮液中的溶解通过分别在主批料线以及每个从批料线中提供的至少一个混合单元(26)而得以促进。为了在二氧化碳存在下将出自碳酸钙水性悬浮液中的碳酸钙进一步溶解以形成碳酸氢钙浓缩溶液，主批料线以及每个从批料线分别进一步包括至少一个槽(28)。因而优选地，主批料线以及每个从批料线被分别布置以使得气体投配入口(16)连接至该至少一个混合单元(26)的至少一个入口并且至少一个混合单元(26)的至少一个出口连接至该至少一个槽(28)的至少一个入口。此外，至少一个槽(28)的至少一个出口连接至气体投配入口(16)。
一个要求是：至少一部分碳酸氢钙水溶液可分别从主批料线以及每个从批料线排出。因此，主批料线以及每个从批料线分别配置有出口，所述出口用于排出至少一部分碳酸钙溶液并且经由供给将每一碳酸钙溶液提供到不同膜过滤单元(60,62,64)。所述出口优选分别位于主批料线以及每个从批料线的至少一个混合单元(26)之后。
应理解的是，该设备的单个单元(也即至少一个投配单元(46)、多批系统(50,52,54)以及膜过滤单元(60,62,64))以环形连通提供。因而优选地，该设备被布置以使得至少一个投配单元(46)的至少一个出口连接至主批料线(50)的至少一个入口并且至少一个投配单元(46)的至少一个出口连接至一个或多个从批料线(52,54)的至少一个入口。此外，主批料线(50)的至少一个出口连接至膜过滤单元(60)的至少一个入口并且一个或多个从批料线(52,54)的至少一个出口连接至不同膜过滤单元(62，64)。为了提供环形连通，进一步要求每个膜过滤单元(60,62,64)的至少一个出口连接至该至少一个投配单元(46)的至少一个入口。
应理解的是，每个膜过滤单元(60,62,64)连接到至少一个投配单元(46)，使得保留在每个膜过滤单元(60,62,64)中的残余物可经由供给(80)循环回本发明设备的至少一个投配单元(46)。
已穿过膜过滤单元(60,62,64)的滤液(即碳酸氢钙溶液的一部分)可彼此独立地从每个膜过滤单元(60,62,64)排出。因此，每个膜过滤单元(60,62,64)配置有用于排出碳酸钙溶液的出口(70,72,74)。
具体实施方式
实施例
以下实施例显示使用本发明设备制备碳酸氢钙(称为calcium bicarbonate(碳酸氢钙))水溶液的不同方式。所获得的碳酸氢钙溶液随后用于软水的再矿化，该软水可例如为来自地下水或地表水来源的天然软水、来自反渗透或蒸馏的脱盐水、降雨。使用两种不同等级碳酸钙作为用于制备碳酸氢钙溶液的原料进行使用本发明设备的试验。两种CaCO3等级来自生产碳酸盐含量高于99.5％重量的非常高纯度大理石产品的相同采石场。起始浆料水性浓度为500mg/l或1,000mg/l，以CaCO3表示。
所有试验在室温(也即在15至25℃的温度下)下进行。应注意在各试验开始时所提供的RO(反渗透)水具有约为室温的温度，也即15至25℃。
下表1概述了通过使用上述本发明设备进行再矿化中试(pilot)试验期间所使用的不同等级的碳酸钙以及起始浆料浓度。
表1
浆料 浆料浓度[mg/l] 样品[1] d50[μm]
1 500 A 20
2 1,000 A 20
3 1,000 B 3.5
[1]本发明中所使用的所有碳酸钙可购自瑞士Omya International AG。
将相应微粉化碳酸钙倒入置放在投配单元顶部的漏斗中，借助于连接漏斗的底部与投配单元顶部的投配螺杆使粉末精确投配到投配单元中。碳酸钙悬浮液通过将微粉化碳酸钙粉末混合至RO水在投配单元中制备。使用反渗透单元(由Christ提供的BWT PERMAQPico)现场产生RO水且该RO水具有下表2中所概述的平均质量。
表2
pH 碱度(mg/l，以CaCO3表示) 电导率(μS/cm) 浊度(NTU)
RO水 5.4–5.6 5-10 10-20 <0.1
根据置放于投配单元的槽内部的电平开关编程和设定用RO水和相应含量的微粉化碳酸钙对投配单元进行的装填。投配单元中的碳酸钙悬浮液的初始固体含量是如在表1中所描述的500或1,000mg/l，以CaCO3表示)。在碳酸钙粉末从置放在投配单元顶部处的投配螺杆添加至投配单元的同时，RO水通过泵添加且通过连接至投配单元顶部的管道引入。RO水与微粉化碳酸钙二者均相应地按比例投配达到使投配单元中的碳酸钙水性悬浮液的固体含量能够保持恒定的预先编程的比率。
在起动程序中用限定的起始固体含量的碳酸钙悬浮液将投配单元完全填满。随后，碳酸钙悬浮液从投配单元中泵出以馈入多批系统的一个或多个各具有100l容量的混合单元中。在本发明设备中实验相比于起始碳酸钙固体含量的不同CO2化学计量比。CO2化学计量比率是起始水性浆料的CaCO3摩尔浓度的x-倍比率并且在1.7-5倍变化(在2巴压力下注入CO2)。这些试验基于批模式进行，具有30分钟的时间控制设定。然后，由多批次获得的溶液包含溶解的碳酸氢钙以及一些剩余的未溶解的CaCO3，其然后在被进一步传送至超滤单元之前被泵送到储存槽。超滤单元释出的滤液是最终产物，即碳酸氢钙溶液，以及非滤液物流，即保留在超滤单元中的残余物，其被再循环返回作为本发明设备的一部分的投配单元。
参考试验
参考试验如下进行：使用如表1所述浆料1(样品A，d50＝20μm)，起始浆料浓度为500mg/l，以CaCO3表示，在具有30分钟的时间控制设定的批模式下，但没有任何过滤单元。在2巴压力下注入CO2。
工艺设定如上所述并且概述于下表3中。
表3
下表4显示针对使用没有过滤单元的本发明设备在数批次上获得的碳酸氢钙水溶液所测量的平均参数。
表4
包括至少一个过滤单元的本发明设备的影响
本发明设备允许在更高起始浆料浓度下工作，这是因为环形连通的原因，保留在膜过滤单元中的残余物被循环回到投配单元。
浆料2(样品A，d50＝20μm)以及浆料3(样品B，d50＝3.5μm)二者起始浆料浓度为1,000mg/l，以CaCO3表示，它们被用于以下试验：该试验使用具有30分钟的时间控制设定的本发明设备的批模式选项并且结合过滤单元。工艺设定概述于下表5，其类似于用于上述参考试验的那些。但是，起始浆料浓度以及对CaCO3浓度的相关CO2化学计量比率是不同的。在2巴压力下注入CO2。
表5
下表6显示了针对使用本发明设备在数批次上获得的碳酸氢钙水溶液所测量的平均参数。
表6
在表6中概述的结果显示出，本发明设备使得能够通过使用与参考试验相比较低CO2化学计量比率而达到较高电导率以及碱度水平。除此之外，由于在本发明设备内引入至少一个膜过滤单元的原因，所得碳酸氢钙溶液具有非常低的浊度水平。此外，在本发明设备中较细碳酸钙产品即浆料3(样品B，d50＝3.5μm)的使用导致获得相比于较粗碳酸钙产品如浆料2(样品A，d50＝20μm)来说更高的电导率以及碱度水平，这是对于两种CO2化学计量比例而言的。对于两种试验的浆料来说可进一步得出结论，CO2化学计量比率的增加导致针对所得碳酸氢钙溶液所测量的电导率和碱度增加。

Claims (15)

1.制备碳酸氢钙溶液的设备，该设备包括以环形连通的
a)至少一个投配单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，
b)多批系统，包括
x)主批料线，其配备有至少一个入口和至少一个出口，该主批料线包括以环形连通的
i)至少一个气体投配入口，
ii)至少一个混合单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，和
iii)至少一个槽，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
xi)至少一个从批料线，其配备有至少一个入口和至少一个出口，该至少一个从批料线包括以环形连通的
i)至少一个气体投配入口，
ii)至少一个混合单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
iii)至少一个槽，其配备有至少一个入口和至少一个出口，以及
c)至少一个膜过滤单元，其配备有至少一个入口和至少一个出口，并且
其中该至少一个膜过滤单元是交叉流膜微过滤装置和/或交叉流膜超滤装置；
其中该至少一个投配单元连接至该至少一个膜过滤单元，使得在该至少一个膜过滤单元中获得的残余物被循环回该至少一个投配单元；
其中该至少一个投配单元的至少一个出口连接至主批料线的至少一个入口并且该至少一个投配单元的至少一个出口连接至该至少一个从批料线的至少一个入口；并且
其中主批料线的至少一个出口连接至该至少一个膜过滤单元的至少一个入口并且该至少一个从批料线的至少一个出口连接至该至少一个膜过滤单元的至少一个入口。
2.根据权利要求1的设备，其中该至少一个投配单元连接至水供给和用于固体物质的储存容器。
3.根据权利要求1-2任一项的设备，其中该设备包括一个膜过滤单元。
4.根据权利要求3的设备，其中主批料线的至少一个出口和该至少一个从批料线的至少一个出口独立地连接至该膜过滤单元的至少一个入口。
5.根据权利要求1-2任一项的设备，其中该设备包括至少两个膜过滤单元或膜过滤单元的总数对应于作为该多批系统的一部分的主批料线和从批料线的总数。
6.根据权利要求5的设备，其中主批料线以及该至少一个从批料线中的每一个独立地连接至不同膜过滤单元。
7.根据权利要求1-2任一项的设备，其中主批料线的该至少一个气体投配入口连接至主批料线的该至少一个混合单元的至少一个入口和/或该至少一个从批料线的该至少一个气体投配入口连接至该至少一个从批料线的该至少一个混合单元的至少一个入口。
8.根据权利要求1-2任一项的设备，其中主批料线的该至少一个混合单元的至少一个出口连接至主批料线的该至少一个槽的至少一个入口和/或该至少一个从批料线的该至少一个混合单元的至少一个出口连接至该至少一个从批料线的该至少一个槽的至少一个入口。
9.根据权利要求1-2任一项的设备，其中主批料线的该至少一个槽的至少一个出口连接至主批料线的该至少一个气体投配入口和/或该至少一个从批料线的该至少一个槽的至少一个出口连接至该至少一个从批料线的至少一个气体投配入口。
10.根据权利要求1-2任一项的设备，其中至少一个出口位于主批料线的该至少一个混合单元之后并且至少一个出口位于该至少一个从批料线的该至少一个混合单元之后。
11.根据权利要求10的设备，其中主批料线的该至少一个出口以及该至少一个从批料线的该至少一个出口独立地连接至该至少一个膜过滤单元的至少一个入口。
12.根据权利要求1-11任一项的设备用于制备碳酸氢钙溶液的用途。
13.根据权利要求1-11任一项的设备用于水的再矿化的用途。
14.根据权利要求13的用途，其中要被再矿化的水选自饮用水、休闲用水、用于工艺应用的工业用水、灌溉用水或用于蓄水层或水井补给的水。
15.根据权利要求14的用途，其中该休闲用水是用于游泳池的水。
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