ES2969133T3

ES2969133T3 - Sistema de remoción de ion

Info

Publication number: ES2969133T3
Application number: ES18908038T
Authority: ES
Inventors: Tomohiro Akita; Yasunari Maeda; Ayane Kihara
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2038-10-19
Also published as: CN111741929A; US20200407254A1; EP3760588A4; US11939250B2; EP3760588A1; EP3760588B1; WO2019167335A1

Abstract

Un sistema de eliminación de iones según la presente invención está provisto de: un aparato de eliminación de iones que está provisto de una parte generadora de microburbujas para generar microburbujas y eliminar iones metálicos en agua dura haciendo que los iones metálicos en el agua dura sean adsorbidos en el microburbujas suministrando las microburbujas generadas por la parte generadora de microburbujas al agua dura; un canal del lado primario para suministrar agua dura al aparato de eliminación de iones; un aparato de separación que hace que los iones metálicos eliminados del agua dura mediante el aparato de eliminación de iones cristalicen y que separa los cristales precipitados de los componentes metálicos; y un canal del lado secundario para retirar el agua tratada, de la cual se han separado los cristales, del aparato de separación, en el que el canal del lado primario está provisto de un mecanismo de prevención del reflujo del lado de suministro. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de remoción de ion

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a un sistema de remoción de ion.

Técnica antecedente

Hasta ahora se ha divulgado un sistema de remoción de ion para retirar iones metálicos en agua dura (véase, por ejemplo, Documento 1 de patente).

El sistema de remoción de ion del Documento 1 de patente retira iones metálicos (iones calcio e iones magnesio) en agua dura con una resina de intercambio iónico. Específicamente, al permitir que fluya agua dura dentro de un tanque de tratamiento que incluye una resina de intercambio iónico que tiene iones sodio unidos a una superficie, los iones metálicos en el agua dura son reemplazados por los iones sodio para retirar los iones metálicos del agua dura. Como resultado, se reduce la dureza del agua dura, para generar agua blanda. Los iones metálicos presentes en el agua dura son capturados en la superficie de la resina de intercambio iónico. Otros documentos relevantes de la técnica previa son KR 2009 0104791 A, JP 2014 076421 A, EP 3 056 473 A1, Matsumoto et al.: "The application of microbubbles for dissolution and crystallization of calcium carbonate in gas-liquid solid system" - Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japón, vol. 58, 1 de enero de 2004; páginas 475-486.

Documento de técnica anterior

Documento de patente

Documento 1 de patente: JP 2000-140840 A

Sumario de la invención

Objetos que deben ser resueltos por la invención

Sin embargo, el sistema de remoción de ion del Documento 1 de patente requiere una gran cantidad de agua salada para regenerar la resina de intercambio iónico que ha capturado los iones metálicos y tiene un problema de mantenimiento complejo. Además, un tratamiento de regeneración genera agua residual que contiene una gran cantidad de agua salada, que causa problemas de contaminación del suelo y un aumento en la carga en el tratamiento de aguas residuales. Además, el agua tratada ablandada mediante un aparato de remoción de ion tiene una elevada concentración de iones sodio y puede no ser recomendada como agua potable en algunas regiones.

Como se describió anteriormente, el sistema de remoción de ion que usa una resina de intercambio iónico tiene espacio para la mejora desde los puntos de vista de aptitud para el mantenimiento y propiedades ambientales.

Por ello, un objeto de la presente divulgación es resolver los problemas y suministrar un sistema de remoción de ion que tenga excelente aptitud para el mantenimiento y propiedades ambientales.

Medios para solucionar los objetos

El sistema de acuerdo con la invención es descrito en la reivindicación 1 independiente, que comprende los rasgos esenciales de la invención. Además, en las reivindicaciones 2-14 dependientes se describen realizaciones preferidas. Para lograr el objeto, un sistema de remoción de ion de acuerdo con la invención comprende:

un aparato de remoción de ion que incluye una parte de almacenamiento de agua dura que almacena agua dura y una parte de generación de burbuja fina que genera y suministra burbujas finas a la parte de almacenamiento de agua dura y que causa que las burbujas finas adsorban iones metálicos en el agua dura en la parte de almacenamiento de agua dura, para retirar los iones metálicos del agua dura;

una ruta de flujo lateral primario conectada con el aparato de remoción de ion, para suministrar el agua dura al aparato de remoción de ion;

un aparato separador conectado con el aparato de remoción de ion y separación de cristales de un componente metálico, depositados por cristalización de los iones metálicos retirados del agua dura mediante el aparato de remoción de ion; y

una ruta de flujo lateral secundario conectada con el aparato separador para retirar desde el aparato separador, agua tratada obtenida por la separación de los cristales, en la que

la ruta de flujo lateral primario es suministrada con un mecanismo de prevención de flujo de retorno de suministro lateral.

Un sistema de remoción de ion de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación comprende:

un aparato de remoción de ion que incluye una parte de almacenamiento de agua dura que almacena agua dura y una parte de generación de burbuja fina que genera y suministra burbujas finas a la parte de almacenamiento de agua dura y que causa que las burbujas finas adsorban iones metálicos en el agua dura en la parte de almacenamiento de agua dura para retirar los iones metálicos del agua dura;

un aparato separador conectado con el aparato de remoción de ion y separación de cristales de un componente metálico, depositados mediante cristalización de los iones metálicos retirados del agua dura por el aparato de remoción de ion;

una ruta de flujo lateral secundario conectada con el aparato separador, para sacar del aparato separador el agua tratada obtenida por separación de los cristales;

una ruta de flujo de derivación que conecta la ruta de flujo lateral primario y la ruta de flujo lateral secundario; y un mecanismo de cambio de flujo que cambia una dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario, bien sea al aparato de remoción de ion o a la ruta de flujo de derivación.

una ruta de flujo lateral secundario conectada con el aparato separador, para sacar del aparato separador agua tratada obtenida por separación de los cristales; y

una ruta de flujo de retorno conectada con el aparato separador y la ruta de flujo lateral primario, para retornar una porción del agua tratada a la ruta de flujo lateral primario.

Un sistema de remoción de ion de acuerdo con la invención comprende:

una parte de suministro de disolutor que suministra un disolutor que disuelve cristales hacia el lado corriente arriba en ladirección de flujo del agua dura, respecto al aparato separador.

Efecto de la invención

La presente divulgación puede suministrar el sistema de remoción de ion que tiene excelente aptitud para el mantenimiento y propiedades ambientales.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1 es un diagrama de esquema de un sistema de remoción de ion de acuerdo con una primera realización.

Fig. 2 es un esquema para explicar un principio hipotético de adsorción de iones metálicos por el sistema de remoción de ion de acuerdo con la primera realización.

Fig. 3 es un esquema para explicar un principio hipotético de cristalización de iones metálicos por the sistema de remoción de ion de acuerdo con la primera realización.

Fig. 4 es un esquema para explicar un principio hipotético de un tratamiento de regeneración por el sistema de remoción de ion de acuerdo con la primera realización.

Fig. 5A es un diagrama que muestra un configuración esquemática de aparato usado en el Ejemplo 1 experimental, que muestra un estado después de que ha transcurrido un tiempo predeterminado a partir de la generación de burbujas finas.

Fig. 5B es un diagrama que muestra la configuración esquemática del aparato usado en el Ejemplo 1 experimental, que muestra un estado después de que ha transcurrido un tiempo predeterminado adicional a partir del estado mostrado en laFig. 5A.

Fig. 6 es un diagrama que muestra resultados del Ejemplo 1 experimental.

Fig. 7 es un esquema para explicar un principio hipotético de adsorción de iones metálicos por un sistema de remoción de ion de acuerdo con una segunda realización.

Fig. 8 es un esquema para explicar un principio hipotético de cristalización de iones metálicos por el sistema de remoción de ion de acuerdo con la segunda realización.

Fig. 9 es un esquema para explicar un principio hipotético de adsorción de iones metálicos por un sistema de remoción de ion de acuerdo con una tercera realización.

Fig. 10 es un esquema para explicar un principio hipotético de adsorción y cristalización de iones metálicos por el sistema de remoción de ion de acuerdo con la tercera realización.

Fig. 11 es un diagrama que muestra una configuración esquemática de un aparato usado en los Ejemplos 2 a 4 experimentales.

Fig. 12 es un diagrama que muestra un estado de un componente metálico cristalizado en agua dura.

Fig. 13A es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 2 experimental, que muestra una relación entre un porcentaje de mezcla de amoníaco y una tasa de cristalización de agua de muestra.

Fig. 13B es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 2 experimental, que muestra una relación entre pH del agua de muestra y la tasa de cristalización del agua de muestra.

Fig. 14A es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 3 experimental, que muestra una relación entre un tiempo de operación de una bomba y la tasa de cristalización del agua de muestra.

Fig. 14B es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 3 experimental, que muestra una relación entre el tiempo de operación de la bomba y la dureza de Ca del agua de muestra.

Fig. 14C es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 3 experimental, que muestra una relación entre el tiempo de operación de la bomba y el pH del agua de muestra.

Fig. 15A es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 4 experimental, que muestra una relación entre el tiempo de operación de la bomba y la tasa de cristalización del agua de muestra.

Fig. 15B es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 4 experimental, que muestra una relación entre el tiempo de operación de la bomba y la dureza de Ca del agua de muestra.

Fig. 15C es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 4 experimental, que muestra una relación entre el tiempo de operación de la bomba y el pH del agua de muestra.

Fig. 15D es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 4 experimental, que muestra una relación entre el tiempo de operación de la bomba y cada uno de la dureza de Ca y la concentración de ácido carbónico total del agua de muestra.

Fig. 16 es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 5 experimental, que muestra una relación entre un tipo de agua y una altura de burbujas que se extiende desde una superficie de agua, de agua en evaluación.

Fig. 17A es una gráfica que muestra un resultado del Ejemplo 6 experimental, que muestra una relación entre tiempo y una tasa de cristalización de dureza de Ca.

Fig. 17B es un diagrama que muestra un resultado del Ejemplo 6 experimental, que es una gráfica que muestra una relación entre tiempo y una tasa de cristalización de dureza total.

Modos para llevar a cabo la invención

Como un resultado de estudios intensos, estos inventores encontraron conocimiento novedoso de que la remoción de iones metálicos puede ser promovida mediante el uso de "burbujas finas" que no son usadas convencionalmente en una técnica de remoción de iones (técnica de ablandamiento) para retirar iones metálicos del agua dura, completando de ese modo la siguiente invención.

El sistema de remoción de ion de la presente invención comprende por lo menos:

un aparato de remoción de ion que incluye una parte de almacenamiento de agua dura que almacena agua dura y una parte de generación de burbuja fina que genera y suministra burbujas finas a la parte de almacenamiento de agua dura y que causa que las burbujas finas adsorban iones metálicos en el agua dura en la parte de almacenamiento de agua dura, para retirar los iones metálicos del agua dura,

una ruta de flujo lateral primario conectada con el aparato de remoción de ion, para suministrar el agua dura al aparato de remoción de ion,

un aparato separador conectado con el aparato de remoción de ion y separación de cristales de un componente metálico, depositados mediante cristalización de los iones metálicos retirados del agua dura por el aparato de remoción de ion, y

una ruta de flujo lateral secundario conectada con el aparato separador, para sacar del aparato separador agua tratada obtenida por separación de los cristales, en la que

De acuerdo con esta configuración, los iones metálicos son retirados del agua dura usando las burbujas finas, y esto puede eliminar la necesidad de una gran cantidad de agua salada requerida para regenerar una resina de intercambio iónico. Como un resultado, puede simplificarse un tratamiento de regeneración para hacer el mantenimiento más fácil. Adicionalmente, dado que no se genera agua residual de regeneración que contiene agua salada, pueden suprimirse la contaminación del suelo y una carga sobre el agua residual, para mejorar las propiedades ambientales. Además, no aumenta la concentración de iones sodio en el agua tratada, de modo que el agua tratada generada puede ser usada como agua potable.

De acuerdo con la configuración, el mecanismo de prevención de flujo de retorno de suministro lateral puede evitar que las burbujas finas y el agua tratada fluyan de vuelta hacia el lado de suministro de agua dura.

Si se reduce drásticamente una tasa de flujo de líquido que fluye desde la ruta de flujo lateral primario hacia la ruta de flujo lateral secundario, debido al uso del agua tratada que fluye a través de la ruta de flujo lateral secundario, puede reducirse la eficiencia de remoción de ion metálico. Por ello, el sistema de remoción de ion de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación puede incluir una ruta de flujo de retorno conectada con el aparato separador y la ruta de flujo lateral primario para retornar una porción del agua tratada a la ruta de flujo lateral primario, y el mecanismo de prevención de flujo de retorno de suministro lateral puede estar dispuesto en la ruta de flujo lateral primario, corriente arriba de la ruta de flujo de retorno en la dirección de flujo del agua dura. De acuerdo con esta configuración, dado que se incluye la ruta de flujo de retorno, una ruta de flujo de circulación puede estar constituida por la ruta de flujo lateral primario, el aparato de remoción de ion, el aparato separador, y la ruta de flujo de retorno. Esta ruta de flujo de circulación puede estabilizar adicionalmente fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido que fluye desde la ruta de flujo lateral primario hacia la ruta de flujo lateral secundario, para suprimir una reducción en la eficiencia de remoción del ion metálico. De acuerdo con la configuración, el mecanismo de prevención de flujo de retorno de suministro lateral puede evitar de manera más confiable que las burbujas finas, el agua tratada, etc. fluyan de vuelta hacia el lado de suministro de agua dura.

Por ejemplo, cuando se requiere mantenimiento debido a una falla del aparato de remoción de ion etc., no puede usarse agua durante el mantenimiento. Por ello, un sistema de remoción de ion de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación puede incluir una ruta de flujo de derivación que conecta la ruta de flujo lateral primario y la ruta de flujo lateral secundario, y un mecanismo de cambio de flujo que cambia una dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario, bien sea al aparato de remoción de ion o a la ruta de flujo de derivación, y el mecanismo de prevención de flujo de retorno de suministro lateral puede estar dispuesto en la ruta de flujo lateral primario, corriente arriba de la ruta de flujo de derivación en la dirección de flujo del agua dura. De acuerdo con esta configuración, dado que puede cambiarse el mecanismo de cambio de flujo para causar que el agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario fluya a través de la ruta de flujo de derivación hacia la ruta de flujo lateral secundario, el agua dura puede ser usada incluso durante el mantenimiento. De acuerdo con la configuración, incluso no durante el mantenimiento, el mecanismo de cambio de flujo puede ser cambiado para usar selectivamente el agua dura y el agua tratada. De acuerdo con la configuración, el mecanismo de prevención de flujo de retorno de suministro lateral puede evitar de manera más confiable que las burbujas finas, el agua tratada, etc. fluyan de vuelta hacia el lado de suministro de agua dura.

El aparato separador puede incluir una ruta de flujo de descarga para descargar cristales, y la ruta de flujo de descarga puede ser suministrada con un mecanismo de prevención de flujo de retorno de descarga lateral. De acuerdo con esta configuración, puede evitarse que los cristales del componente metálico fluyan de vuelta al aparato separador, para restringir la mezcla de los cristales del componente metálico, de nuevo dentro del agua tratada obtenida por separación de los cristales del componente metálico.

El sistema de remoción de ion puede incluir la ruta de flujo de derivación que conecta la ruta de flujo lateral primario y la ruta de flujo lateral secundario, y el mecanismo de cambio de flujo que cambia una dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario, bien sea al aparato de remoción de ion o a la ruta de flujo de derivación. De acuerdo con esta configuración, dado que el mecanismo de cambio de flujo puede ser cambiado para causar que el agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario, fluya a través de la ruta de flujo de derivación hacia la ruta de flujo lateral secundario, el agua dura puede ser usada incluso durante el mantenimiento. De acuerdo con la configuración, incluso no durante el mantenimiento, el mecanismo de cambio de flujo puede ser cambiado para usar selectivamente el agua dura y el agua tratada.

El mecanismo de cambio de flujo puede ser configurado para incluir una primera válvula capaz de abrir y cerrar la ruta de flujo lateral primario, una segunda válvula capaz de abrir y cerrar la ruta de flujo lateral secundario, y una tercera válvula capaz de abrir y cerrar la ruta de flujo de derivación. De acuerdo con esta configuración, la dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario puede ser cambiada con una configuración más simple.

El sistema de remoción de ion puede incluir un controlador que controla las operaciones de apertura/cierre de la primera válvula, la segunda válvula, y la tercera válvula, y el controlador puede estar configurado para suministrar selectivamente un primer control de apertura de la primera válvula y la segunda válvula y cierre de la tercera válvula, y un segundo control de cierre de la primera válvula y la segunda válvula y apertura de la tercera válvula. De acuerdo con esta configuración, la dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario, puede ser cambiada automáticamente por el controlador.

El sistema de remoción de ion puede incluir una ruta de flujo de retorno conectada con el aparato separador y la ruta de flujo lateral primario, para retornar una porción del agua tratada a la ruta de flujo lateral primario. De acuerdo con esta configuración, dado que la ruta de flujo de retorno está incluida, una ruta de flujo de circulación puede estar constituida por la ruta de flujo lateral primario, el aparato de remoción de ion, el aparato separador, y la ruta de flujo de retorno. Esta ruta de flujo de circulación puede estabilizar adicionalmente fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido que fluye desde la ruta de flujo lateral primario hacia la ruta de flujo lateral secundario, para suprimir una reducción en la eficiencia de remoción del ion metálico.

El sistema de remoción de ion puede incluir una bomba que causa que el agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario fluya a través del aparato de remoción de ion al aparato separador. De acuerdo con esta configuración, operando la bomba para circular de manera forzada el líquido en la ruta de flujo de circulación, pueden estabilizarse adicionalmente las fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido, para suprimir una reducción en la eficiencia de remoción de ion metálico. Puede evitarse que los cristales del componente metálico se mezclen en el agua tratada.

La ruta de flujo lateral primario, el aparato de remoción de ion, el aparato separador, y la ruta de flujo de retorno pueden constituir la ruta de flujo de circulación, que es un sistema cerrado. De acuerdo con esta configuración, puede evitarse que el aire sea atrapado dentro de la ruta de flujo de circulación, para estabilizar adicionalmente las fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido.

El aparato separador es un aparato separador centrífugo de tipo ciclón, que tiene una superficie circunferencial interior ahusada con un diámetro que decrece hacia abajo, y que causa que el agua dura fluya en espiral hacia abajo a lo largo de la superficie circunferencial interior, de modo que se separan los cristales del componente metálico. De acuerdo con esta configuración, dado que los iones metálicos, que tienen una gravedad específica grande, retirados del agua dura se mueven hacia la superficie circunferencial debido a la separación centrífuga, los cristales del componente metálico pueden concentrarse en la vecindad de la superficie circunferencial interior. Por ello, por ejemplo, colocando una entrada de la ruta de flujo lateral secundario en una posición distante de la superficie circunferencial interior, puede evitarse que los cristales del componente metálico entren la ruta de flujo lateral secundario.

Una porción terminal de la ruta de flujo de retorno puede estar abierta en el lado del eje central del aparato separador. Esta configuración puede evitar que los cristales del componente metálico depositados en la vecindad de la superficie circunferencial interior, entren en la ruta de flujo de retorno.

El aparato de remoción de ion puede incluir una ruta de flujo de conexión conectada con el aparato separador, por debajo de la una porción terminal de la ruta de flujo de retorno. De acuerdo con esta configuración, puede evitarse adicionalmente que los cristales del componente metálico depositados en la vecindad de la superficie circunferencial interior, entren en la ruta de flujo de retorno.

El sistema de remoción de ion incluye una parte de suministro de disolutor, que suministra un disolutor que disuelve los cristales hacia el lado corriente arriba en la dirección de flujo del agua dura respecto al aparato separador. De acuerdo con esta configuración, el disolutor puede ser suministrado desde el lado corriente arriba en la dirección de flujo del agua dura respecto al aparato separador, para disolver los cristales que se adhieren al aparato separador, para ejecutar el tratamiento de regeneración.

La parte de suministro de disolutor está configurada para suministrar a la parte de generación de burbuja fina un gas de disolución para disolver los cristales como un disolutor, y la parte de generación de burbuja fina está equipada con un mecanismo de cambio de gas, que cambia para suministrar bien sea un gas de remoción de iones para retirar iones metálicos en el agua dura, o el gas de disolución. De acuerdo con esta configuración, mediante el cambio del mecanismo de cambio de gas, puede ejecutarse selectivamente un tratamiento de ablandamiento con el gas de remoción de ion y un tratamiento de regeneración con the gas de disolución.

El sistema de remoción de ion puede incluir una bomba que causa que el agua dura que fluye a través de la ruta de flujo lateral primario fluya a través del aparato de remoción de ion al aparato separador, y la parte de generación de burbuja fina puede estar dispuesta corriente abajo de la bomba en la dirección de flujo del agua dura. De acuerdo con esta configuración, puede evitarse que un gas entre a la bomba.

El sistema de remoción de ion puede incluir una ruta de flujo de retorno conectada con el aparato separador para retornar una porción del agua tratada a la ruta de flujo lateral primario; una ruta de flujo de circulación puede estar constituida por la ruta de flujo lateral primario, el aparato de remoción de ion, el aparato separador, y la ruta de flujo de retorno; y la parte de suministro de disolutor puede estar dispuesta para suministrar el disolutor dentro de la ruta de flujo de circulación. De acuerdo con esta configuración, la ruta de flujo de circulación puede estabilizar adicionalmente fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido que fluye desde la ruta de flujo lateral primario hacia la ruta de flujo lateral secundario, para suprimir una reducción en la eficiencia de remoción de ion metálico. Adicionalmente, al disponer la parte de suministro de disolutor para suministrar el disolutor, dentro de la ruta de flujo de circulación, el disolutor puede ser suministrado al aparato separador para disolver los cristales que se adhieren al aparato separador, para ejecutar el tratamiento de regeneración.

A continuación se describirá en detalle la primera de tres realizaciones de la presente divulgación, haciendo referencia a los dibujos.

(Primera Realización)

La Fig. 1 es un diagrama que muestra una configuración esquemática de un sistema 1 de remoción de ion de acuerdo con un primera realización.

< Configuración general>

El sistema 1 de remoción de ion de acuerdo con la primera realización incluye una ruta 2 de flujo lateral primario, un aparato 3 de remoción de ion, un aparato 4 separador, y una ruta 5 de flujo lateral secundario.

La ruta 2 de flujo lateral primario está conectada con el aparato 3 de remoción de ion. la ruta 2 de flujo lateral primario es una ruta de flujo para suministrar agua dura al aparato 3 de remoción de ion. En la primera realización, una bomba P está dispuesta en una porción de conexión entre la ruta 2 de flujo lateral primario y el aparato 3 de remoción de ion. La bomba P funciona para causar que el agua dura que fluye a través de la ruta 2 de flujo lateral primario fluya a través del aparato 3 de remoción de ion al aparato 4 separador. La operación de la bomba P es controlada por un controlador 6.

El aparato 3 de remoción de ion incluye una parte 3A de almacenamiento de agua dura que almacena agua dura, y una parte 3B de generación de burbuja fina que genera y suministra burbujas finas a la parte 3A de almacenamiento de agua dura. el aparato 3 de remoción de ion es un aparato que causa que las burbujas finas adsorban iones metálicos en agua dura en la parte 3A de almacenamiento de agua dura y por ello se retiren los iones metálicos del agua dura. La parte 3B de generación de burbuja fina está dispuesta corriente abajo de la bomba P en la dirección de flujo del agua dura, de modo que no entra gas a la bomba P.

En la primera realización, los iones metálicos son iones calcio (Ca2+) o iones magnesio (Mg2+). En la primera realización, las burbujas finas son burbujas que tienen un diámetro de 100 pm o menos. Las microburbujas incluyen microburbujas ( que tienen por ejemplo, un diámetro de 1 pm a 100 pm) y nanoburbujas (que tienen por ejemplo, un diámetro menor que 1 pm). Las microburbujas pueden ser burbujas reconocibles por aquellos diestros en el campo del tratamiento de agua, como aquellas que tienen un diámetro de burbuja en el orden de micrómetros. Las nanoburbujas pueden ser burbujas reconocibles por aquellos diestros en el campo del tratamiento de agua, como aquellas que tienen un diámetro de burbuja en el orden de nanómetros. Las burbujas finas tienen propiedades diferentes de las burbujas ordinarias, tales como largo tiempo de retención en agua, cada una de las burbujas incrementa difícilmente su diámetro y de manera poco probable se combina con otras burbujas, y tiene un área de contacto grande que facilita una reacción química.

Las burbujas finas pueden incluir burbujas que tienen un diámetro de 100 pm o más (tales como miliburbujas) en una pequeña proporción. De acuerdo con la invención, se generan burbujas que tienen un diámetro de 100 pm o menos en una proporción de 90 %. Adicionalmente, pueden añadirse condiciones tales como tener un diámetro de 60 pm o menos en una proporción de 50 % o más y tener un diámetro de 20 pm o menos en una proporción de 5 % o más. Cuando se mide el diámetro de las burbujas (diámetro de burbuja), por ejemplo, puede tomarse fotografía del agua dura que contiene burbujas finas, directamente por una cámara de alta velocidad, y puede calcularse el diámetro de burbuja mediante un procedimiento de 3 puntos a través del procesamiento de imagen, o puede medirse mediante otro procedimiento. El momento de medición del diámetro de burbuja puede ser cualquier momento, en tanto las burbujas finas sean retenidas en el tiempo. Los ejemplos de condiciones del procedimiento de medición descritas anteriormente usando una cámara de alta velocidad, son como sigue.

Cámara de alta velocidad: FASTCAM 1024 PCI (Photron)

Sistema de lente: Z16 APO (Leica)

Lente del objetivo: Planapo 2.0x (Leica)

Velocidad de disparo: 300 mps

Velocidad del disparador: 1/505.000 seg

Área de la imagen: 1.024*1.024 pixeles (área de disparo de microburbuja: 1,42 mmx1,42 mm, área de disparo de miliburbuja: 5,69 mmx5,9 mm)

Software de procesamiento de imagen: Image-Pro Plus (Media Cybermatics)

En la primera realización, una parte 7 de suministro de gas de remoción de ion y una parte 8 de suministro de disolutor están conectadas mediante un mecanismo 9 de cambio de gas, a la parte 3B de generación de burbuja fina.

La parte 7 de suministro de gas de remoción de ion está configurada para suministrar a la parte 3B de generación de burbuja fina, un gas de remoción de ion para retirar iones metálicos en agua dura. En la primera realización, la parte 7 de suministro de gas de remoción de ion está configurada para suministrar "aire" como el gas de remoción de ion, a la parte 3B de generación de burbuja fina. La parte 7 de suministro de gas de remoción de ion puede incluir, por ejemplo, un tanque lleno con el gas de remoción de ion. Alternativamente, la parte 7 de suministro de gas de remoción de ion puede ser un aparato que genera el gas de remoción de ion. Además, la parte 7 de suministro de gas de remoción de ion puede ser un aparato conectado a una fuente de suministro de gas de remoción de ion.

La parte 8 de suministro de disolutor está configurada para suministrar a la parte 3B de generación de burbuja fina un gas de disolución, que es un ejemplo de un disolutor que disuelve cristales de un componente metálico depositados mediante cristalización, de los iones metálicos retirados del agua dura. En la primera realización, la parte 8 de suministro de disolutor está configurada para suministrar "dióxido de carbono (CO<2>)" como el gas de disolución a la parte 3B de generación de burbuja fina. La parte 8 de suministro de disolutor está dispuesta corriente arriba del aparato 4 separador, en la dirección de flujo del agua dura, de modo que el disolutor puede ser suministrado al aparato 4 separador. La parte 8 de suministro de disolutor puede incluir un tanque lleno con el disolutor, por ejemplo. Alternativamente, la parte 8 de suministro de disolutor puede ser un aparato que genera el disolutor. Además, la parte 8 de suministro de disolutor puede ser un aparato conectado a una fuente de suministro de disolutor.

El mecanismo 9 de cambio de gas es un mecanismo de cambio para suministrar bien sea el gas de remoción de ion o el gas de disolución, a la parte 3B de generación de burbuja fina. Mediante el cambio del mecanismo 9 de cambio de gas, puede ejecutarse selectivamente un tratamiento de ablandamiento con el gas de remoción de ion y un tratamiento de regeneración con el gas de disolución. El mecanismo 9 de cambio de gas está formado, por ejemplo, por una o más válvulas. La operación de cambio del mecanismo 9 de cambio de gas es controlada por el controlador 6.

Cuando el mecanismo 9 de cambio de gas es cambiado para suministrar el gas de remoción de ion, la parte 3B de generación de burbuja fina genera las burbujas finas que contienen el gas de remoción de ion. Las burbujas finas retiran los iones metálicos del agua dura y separan los cristales del componente metálico, y el agua dura es sometida de este modo al tratamiento de ablandamiento. El principio del tratamiento de ablandamiento será descrito en detalle posteriormente.

Por otro lado, cuando el mecanismo 9 de cambio de gas es cambiado para suministrar el gas de disolución, la parte 3B de generación de burbuja fina genera las burbujas finas que contienen el gas de disolución. Las burbujas finas pueden disolver los cristales del componente metálico adheridos al aparato 4 separador, para realizar el tratamiento de regeneración, como se describe posteriormente. El principio del tratamiento de regeneración será descrito en detalle posteriormente.

El aparato 4 separador es conectado con el aparato 3 de remoción de ion mediante una ruta 3C de flujo de conexión, dispuesta en una porción circunferencial exterior superior de la parte 3A de almacenamiento de agua dura. El aparato 4 separador es un aparato que separa los cristales del componente metálico retirados del agua dura por el aparato 3 de remoción de ion, depositados mediante cristalización de los iones metálicos. El aparato 3 de remoción de ion y el aparato 4 separador pueden reducir la concentración (dureza) de los iones metálicos en el agua dura hasta una concentración predeterminada o menor, para producir agua blanda. Para la definición de agua dura y agua blanda puede usarse, por ejemplo, la definición de la OMS. Específicamente, el agua blanda puede ser definida como agua que tiene una dureza menor que 120 mg/l, y el agua dura puede ser definida como agua que tiene una dureza de 120 mg/l o más.

De acuerdo con la invención, el aparato 4 separador es un aparato separador centrífugo de tipo ciclón que tiene una superficie 4Aa circunferencial interior ahusada con un diámetro que disminuye hacia abajo, que causa que el agua dura fluya en forma de espiral hacia abajo a lo largo de la superficie 4Aa circunferencial interior, de modo que se separan los cristales del componente metálico. En la primera realización, el aparato 4 separador incluye una parte 4A de separación que tiene la superficie 4Aa circunferencial interior y una parte 4b de almacenamiento de cristales, que almacena los cristales de un componente metálico.

La ruta 3C de flujo de conexión está conectada con la parte 4A de separación, de modo que el agua que ha pasado a través del aparato 3 de remoción de ion es descargada en una dirección excéntrica desde un eje central de la parte 4A de separación. Tal arreglo excéntrico permite que el agua descargada en la parte 4A de separación fluya en espiral hacia abajo a lo largo de la superficie 4Aa circunferencial interior. Los iones metálicos que tienen una gravedad específica grande retirados del agua dura se mueven hacia la superficie 4Aa circunferencial interior, debido a la separación centrífuga, y son depositados como los cristales del componente metálico en la vecindad de la superficie 4Aa circunferencial interior. Una porción de los cristales se adhiere a la superficie 4Aa circunferencial interior.

La parte 4B de almacenamiento de cristales está dispuesta debajo de la parte 4A de separación. La parte 4B de almacenamiento de cristales incluye una ruta 4Ba de flujo de descarga para descargar el agua que contiene los cristales del componente metálico. La ruta 4Ba de flujo de descarga está equipada con una válvula 10 de apertura/cierre capaz de abrir y cerrar la ruta 4Ba de flujo de descarga. La operación de apertura/cierre de la válvula 10 de apertura/cierre es controlada mediante el controlador 6. Un mecanismo 11 de prevención de flujo de retorno de descarga lateral está dispuesto en la ruta 4Ba de flujo de descarga, corriente abajo de la válvula 10 de apertura/cierre en una dirección de descarga.

El mecanismo 11 de prevención de flujo de retorno de descarga lateral es un mecanismo que previene que los cristales del componente metálico fluyan de vuelta al aparato 4 separador. El mecanismo 11 de prevención de flujo de retorno de descarga lateral puede evitar que los cristales del componente metálico se mezclen de nuevo dentro del agua tratada (agua blanda) obtenida por separación de los cristales del componente metálico del agua dura. El mecanismo 11 de prevención de flujo de retorno de descarga lateral está formado por una o más válvulas cheque, por ejemplo. Alternativamente, el mecanismo 11 de prevención de flujo de retorno de descarga lateral puede estar hecho de un interruptor de vacío, por ejemplo. Además, el mecanismo 11 de prevención de flujo de retorno de descarga lateral puede estar configurado para evitar el flujo de retorno por espacio de boca dispuesto en una salida de la ruta 4Ba de flujo de descarga.

La ruta 5 de flujo lateral secundario está conectada con el aparato 4 separador. La ruta 5 de flujo lateral secundario es una ruta de flujo para sacar del aparato 4 separador el agua tratada obtenida por separación de los cristales del componente metálico. En la primera realización, dado que el aparato 4 separador es un aparato separador centrífugo de tipo ciclón, los cristales del componente metálico pueden concentrarse en la vecindad de la superficie 4Aa circunferencial interior. Para evitar que los cristales del componente metálico entren a la ruta 5 de flujo lateral secundario, la ruta 5 de flujo lateral secundario está conectada con una porción central superior de la parte 4A de separación, en una posición distante de la superficie 4Aa circunferencial interior.

El agua tratada que fluye a través de la ruta 5 de flujo lateral secundario es suministrada a una cocina, un baño, un un sanitario, o un retrete, por ejemplo. Si se reduce drásticamente una tasa de flujo de líquido que fluye desde la ruta 2 de flujo lateral primario hacia la ruta 5 de flujo lateral secundario, debido al uso del agua tratada, puede disminuir una velocidad de centrifugación de los iones metálicos del agua dura, y puede disminuir la eficiencia de remoción de ion metálico. Adicionalmente, los cristales del componente metálico pueden mezclarse en el agua tratada.

Por ello, en la primera realización, una ruta 12 de flujo de retorno está conectada con el aparato 4 separador y la ruta 2 de flujo lateral primario, de modo que retorna a la ruta 2 de flujo lateral primario una porción del agua tratada obtenida por separación de los cristales del componente metálico del agua dura, por el aparato 4 separador. Específicamente, la ruta 2 de flujo lateral primario, el aparato 3 de remoción de ion, el aparato 4 separador, y la ruta 12 de flujo de retorno constituyen una ruta de flujo de circulación. Esta ruta de flujo de circulación puede estabilizar adicionalmente fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido que fluye desde la ruta 2 de flujo lateral primario a la ruta 5 de flujo lateral secundario, para suprimir una disminución en la eficiencia de remoción de ion metálico. Mediante la operación de la bomba P para circular de manera forzada el líquido en la ruta de flujo de circulación, pueden estabilizarse adicionalmente las fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido, para suprimir una disminución en la eficiencia de remoción de ion metálico. Puede evitarse que los cristales del componente metálico se mezclen dentro del agua tratada.

La tasa de flujo del líquido que fluye a través de la ruta de flujo de circulación es preferentemente igual a o mayor que la tasa de flujo del agua blanda usada (por ejemplo, 2 litros/minuto). Cuando la tasa de flujo del líquido que fluye a través de la ruta de flujo de circulación es mayor que la tasa de flujo del agua blanda usada, puede hacerse que sean más estables las fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido, y puede producirse de manera más estable el agua blanda. La ruta de flujo de circulación es preferentemente un sistema cerrado. Como resultado, puede evitarse que el aire sea atrapado dentro de la ruta de flujo de circulación, para estabilizar adicionalmente las fluctuaciones en la tasa de flujo del líquido.

En la primera realización, una porción 12a terminal de la ruta 12 de flujo de retorno está abierta en el lado del eje de la parte 4A de separación. Esto previene que los cristales del componente metálico depositados en la vecindad de la superficie 4Aa circunferencial interior, entren en la ruta 12 de flujo de retorno. La ruta 3C de flujo de conexión del aparato 3 de remoción de ion está conectada con la parte 4A de separación, por debajo de la una porción 12a terminal de la ruta 12 de flujo de retorno. Por ello, la una parte 12a terminal de la ruta 12 de flujo de retorno está localizada por encima de una salida de la ruta 3C de flujo de conexión, desde la cual el agua dura es descargada hacia abajo en forma de espiral, después de la remoción de los iones metálicos. Como resultado, se previene adicionalmente que los cristales del componente metálico depositados en la vecindad de la superficie 4Aa circunferencial interior, entren en la ruta 12 de flujo de retorno.

La ruta 2 de flujo lateral primario está equipada con un mecanismo 13 de prevención de flujo de retorno de suministro lateral. El mecanismo 13 de prevención de flujo de retorno de suministro lateral es un mecanismo que previene que las burbujas finas y el agua tratada fluyan de vuelta al lado de suministro de agua dura. El mecanismo 13 de prevención de flujo de retorno de suministro lateral está hecho de una o más válvulas cheque, por ejemplo. En la primera realización, el mecanismo 13 de prevención de flujo de retorno de suministro lateral está dispuesto en la ruta 2 de flujo lateral primario, corriente arriba de la ruta 12 de flujo de retorno en la dirección de flujo del agua dura. Como resultado, puede evitarse de manera más confiable que las burbujas finas, el agua tratada, etc. fluyan de vuelta al lado de suministro de agua dura.

Por ejemplo, cuando se requiere mantenimiento debido a una falla del aparato 3 de remoción de ion etc., no puede usarse el agua durante el mantenimiento. Por ello, en la primera realización la ruta 2 de flujo lateral primario y la ruta 5 de flujo lateral secundario están conectadas mediante una ruta 14 de flujo de derivación. El sistema 1 de remoción de ion incluye un mecanismo de cambio de flujo, que cambia la dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta 2 de flujo lateral primario, bien sea al aparato 3 de remoción de ion o la ruta 14 de flujo de derivación. Dado que el mecanismo de cambio de flujo puede ser cambiado para causar que el agua dura que fluye a través de la ruta 2 de flujo lateral primario fluya a través de la ruta 14 de flujo de derivación hacia la ruta 5 de flujo lateral secundario, el agua dura puede ser usada incluso durante el mantenimiento. Incluso no durante el mantenimiento, el mecanismo de cambio de flujo puede ser cambiado para usar selectivamente el agua dura y el agua tratada (agua blanda).

En la primera realización, el mecanismo de cambio de flujo incluye una primera válvula 15A capaz de abrir y cerrar la ruta 2 de flujo lateral primario, una segunda válvula 15B capaz de abrir y cerrar la ruta 5 de flujo lateral secundario, y una tercera válvula 15C capaz de abrir y cerrar la ruta 14 de flujo de derivación. Las operaciones de apertura/cierre de la primera válvula 15A, la segunda válvula 15B, y la tercera válvula 15C son controladas por el controlador 6.

El controlador 6 está configurado para suministrar selectivamente un primer control de apertura de la primera válvula 15A y la segunda válvula 15B y cierre de la tercera válvula 15C, y un segundo control de cierre de la primera válvula 15A y la segunda válvula 15B y apertura de la tercera válvula 15C. Cuando el controlador 6 suministra el primer control, el agua dura que fluye a través de la ruta 2 de flujo lateral primario fluye al aparato 3 de remoción de ion y es sometida al tratamiento de ablandamiento, antes de fluir dentro de la ruta 5 de flujo lateral secundario. Como resultado, el agua tratada (agua blanda) es descargada en una salida de la ruta 5 de flujo lateral secundario. Cuando el controlador 6 suministra el segundo control, el agua dura que fluye a través de la ruta 2 de flujo lateral primario fluye a través de la ruta 14 de flujo de derivación dentro de la ruta 5 de flujo lateral secundario. Como resultado, el agua dura es descargada a la salida de la ruta 5 de flujo lateral secundario. Por ello, el controlador 6 puede suministrar el primer control o el segundo control para descargar selectivamente el agua dura o el agua tratada (agua blanda) desde la salida de la ruta 5 de flujo lateral secundario.

El principio del tratamiento de ablandamiento usando burbujas finas será descrito en más detalle.

Se presume que el suministro de burbujas finas que contienen aire, dentro del agua dura causa las acciones descritas en las siguientes secciones (1) y (2) sobre iones metálicos en el agua dura. Específicamente, se presume que los iones metálicos en el agua dura pueden ser adsorbidos por las burbujas finas y que los iones metálicos adsorbidos pueden ser cristalizados para retirar los cristales de un componente metálico del agua dura. Más específicamente, el principio será descrito como sigue. Se anota que la presente divulgación no está ligada a los principios específicos descritos en las siguientes secciones (1) y (2).

(1) Adsorción de iones metálicos

Como se muestra en la Fig. 2, cuando las burbujas finas que contienen aire son suministradas al interior del agua dura, se mezclan H+ (iones hidrógeno) y OH- (iones hidróxido) en las superficies de las burbujas finas, y H+ está cargado positivamente, y OH- está cargado negativamente (sólo se muestra OH- en la Fig. 2). Por otro lado, el agua dura tiene Ca2+ y Mg2+ presentes como iones metálicos cargados positivamente. en la siguiente descripción, Ca2+ será descrito como un ejemplo de los iones metálicos.

El Ca2+ que tiene una carga positiva es adsorbido por el OH- presente en las superficies de las burbujas finas, debido a una acción de una fuerza intermolecular (interacción interiónica). El Ca2+ puede ser adsorbido a las burbujas finas de esta manera. Aunque el H+ que repele Ca2+ está presente en las superficies de las burbujas finas, es probable que el OH- actúe preferentemente sobre H2+ respecto a H+ y adsorba Ca2+. Esta "adsorción de iones metálicos" es ejecutada principalmente en el aparato 3 de remoción de ion.

(2) Cristalización de iones metálicos

Adicionalmente a la reacción mostrada en la Fig. 2, se promueve una reacción mostrada en la Fig. 3 mediante el suministro de las burbujas finas que contienen aire, dentro del agua dura. Específicamente, a diferencia de las burbujas ordinarias, las burbujas finas suministradas dentro del agua dura, difícilmente flotan hasta la superficie, se disuelven dentro del agua dura, y por ello se encogen gradualmente como se muestra en la Fig. 3, debido a un incremento en la tensión superficial. Como se describió anteriormente, el Ca2+ es adsorbido sobre la superficie de las burbujas finas. Más específicamente, el Ca2+ está presente como iones calcio de Ca(HCO<3)2>soluble (hidrogenocarbonato de calcio). A medida que se encogen gradualmente las burbujas finas, aumenta la concentración disuelta de Ca2+ en la superficie de las burbujas finas. El incremento en la concentración disuelta da como resultado un estado de sobresaturación en un cierto punto, y el Ca2+ cristaliza y se deposita. Esto es representado por una fórmula química específica como en la Fórmula 1 abajo.

(Fórmula 1) Ca(HCO<3>)<2>^C aC O<3>+CO<2>+H<2>O

El CaCOa (carbonato de calcio) es insoluble (insoluble en agua) y por ello se deposita como cristales de un componente metálico. Como resultado, aquellos disueltos como Ca2+ de Ca(HCO<3)2>se depositan como cristales del componente metálico. Mediante la promoción de tal reacción, el CaCO<3>depositado por cristalización de Ca2+ de iones metálicos, puede ser separado del agua dura. Esta "cristalización de iones metálicos" es ejecutada principalmente en la parte 4A de separación del aparato 4 separador.

Aunque puede ocurrir una reacción en la dirección inversa de la Fórmula 1 en la misma agua, se presume que la reacción en la dirección de la Fórmula 1 es ejecutada preferentemente en la relación de equilibrio mediante el suministro continuo de las burbujas finas.

En la primera realización, dado que el aparato 4 separador es un aparato separador centrífugo de tipo ciclón, los cristales del componente metálico se depositan en la vecindad de la superficie 4Aa circunferencial interior de la parte 4A de separación y se almacenan en la parte 4B de almacenamiento de cristales. Los cristales del componente metálico almacenados en la parte 4B de almacenamiento de cristales son descargados a través de la ruta 4Ba de flujo de descarga, abriendo la válvula 10 de apertura/cierre. Mediante separación de esta manera, de los cristales del componente metálico desde el interior del agua dura, puede ablandarse el agua dura.

El principio del tratamiento de regeneración usando burbujas finas será descrito en más detalle.

Mediante la ejecución del tratamiento de ablandamiento, una porción de CaCOsdepositado mediante cristalización de los iones metálicos se adhiere a la superficie 4Aa circunferencial interior de la parte 4A de separación. El tratamiento de regeneración es realizado como un tratamiento para devolver CaCO<3>a Ca(HCO<3>)<2>. Específicamente, la parte 3B de generación de burbuja fina genera burbujas finas que contienen dióxido de carbono, que es un gas diferente del usado durante el tratamiento de ablandamiento.

Como se muestra en la Fig. 4, mediante el suministro de las burbujas finas de dióxido de carbono a CaCOaque se adhiere a la superficie 4Aa circunferencial interior de la parte 4A de separación, se promueve la siguiente reacción.

(Fórmula 2) CaCO3+CO2+H2O^Ca(HCO3)2

La reacción genera Ca(HCO<3)2>soluble (soluble en agua) a partir de CaCO<3>insoluble. El Ca(HCO<3)2>se disuelve dentro del agua y se mueve a la parte 4B de almacenamiento de cristales. El Ca(HCO<3)2>que se ha movido a la parte 4B de almacenamiento de cristales es descargado a través de la ruta 4Ba de flujo de descarga, mediante apertura de la válvula 10 de apertura/cierre. Como resultado, el CaCO<3>insoluble que se adhiere a la superficie 4Aa circunferencial interior de la parte 4A de separación puede ser descargado al exterior, para restaurar el estado original. A continuación, puede ejecutarse de nuevo el tratamiento de ablandamiento descrito anteriormente.

Aunque el Ca2+ es descrito como un ejemplo de los iones metálicos en la descripción anterior, se presume que con Mg2+ ocurre la misma reacción.

Como se describió anteriormente, cuando los iones metálicos son retirados del agua dura mediante el uso de una resina de intercambio iónico, se requiere una gran cantidad de agua salada para regenerar la resina de intercambio iónico. A este respecto, el sistema 1 de remoción de ion de la primera realización retira los iones metálicos del agua dura mediante el uso de las burbujas finas y por ello puede eliminar la necesidad de una gran cantidad de agua salada requerida para regenerar la resina de intercambio iónico. Esto puede simplificar el tratamiento de regeneración, para hacer más fácil el mantenimiento. Adicionalmente, dado que no se genera agua residual de regeneración que contiene agua salada, puede suprimirse la contaminación del suelo y una carga del tratamiento de aguas residuales, para mejorar las propiedades ambientales. Además, no aumenta la concentración de iones sodio en el agua tratada, de modo que el agua tratada generada puede ser usada como agua potable.

Adicionalmente, el sistema 1 de remoción de ion de la primera realización usa aire como el gas de remoción de ion, y por ello puede suprimir el coste requerido para la generación las burbujas finas, hasta un nivel extremadamente bajo.

Además, el sistema 1 de remoción de ion de la primera realización ejecuta el tratamiento de regeneración suministrando las burbujas finas de dióxido de carbono como el gas de disolución, después del retiro de los iones metálicos. Esto puede promover la reacción de generación de Ca(HCO<3)2>soluble a partir de CaCO<3>insoluble para promover el tratamiento de regeneración.

(Ejemplo 1 experimental)

Se describirá el Ejemplo 1 experimental ejecutado para confirmar el principio del tratamiento de ablandamiento que usa burbujas finas. Se condujeron experimentos usando un aparato 20 mostrado en las Figs. 5Ay 5B.

Las Figs. 5Ay 5B son diagramas que muestran una configuración esquemática del aparato 20 usado en el Ejemplo 1 experimental. La Fig. 5A muestra un estado después de que ha transcurrido un tiempo predeterminado ( específicamente, después de que han transcurrido 15 segundos) desde la generación de burbujas finas, y la Fig. 5B muestra un estado después de que ha transcurrido un tiempo predeterminado adicional ( específicamente, después de que han transcurrido 45 segundos) desde el estado mostrado en la Fig. 5A. El estado de la Fig. 5A corresponde a un estado cuando el tiempo transcurrido desde la generación de burbujas finas es 15 segundos en la Fig. 6, y el estado de la Fig. 5B corresponde a un estado cuando el tiempo transcurrido desde la generación de burbujas finas es 60 segundos en la Fig. 6.

El aparato 20 mostrado en las Figs. 5Ay 5B es un aparato experimental capaz de suministrar burbujas 23 finas desde el lado de superficie del fondo en un tanque 22 de agua (parte de almacenamiento de agua dura) que almacena el agua 21 dura. En el aparato 20, la concentración de iones metálicos en el agua 21 dura puede ser medida en dos posiciones sobre el lado de superficie del fondo y el lado de superficie del agua. Cuando el aparato 20 como se describió anteriormente fue usado para suministrar las burbujas 23 finas dentro del tanque 22 de agua y se detectaron transiciones de concentración de iones metálicos sobre el lado de superficie del fondo y el lado de superficie del agua, se obtuvieron los resultados mostrados en la Fig. 6.

A partir de los resultados mostrados en la Fig. 6, pudo verificarse el efecto de "adsorción de iones metálicos por burbujas finas" descrito anteriormente. Posteriormente se discutirán los resultados específicos.

Como se muestra en las Figs. 5A y 5B, el aparato 20 incluye el tanque 22 de agua, una parte 24 de suministro de gas, una primera tubería 25, una parte 26 de generación de burbuja fina, una segunda tubería 27, una bomba 28, un primera parte 30 de toma de agua, un segunda parte 32 de toma de agua, y un detector 34 de concentración de ion metálico.

El tanque 22 de agua es un tanque de agua que almacena el agua 21 dura. En el ejemplo mostrado en las Figs. 5A y 5B, el tanque 22 de agua está configurado como un tanque alargado en la dirección vertical. La parte 24 de suministro de gas es un miembro que suministra un gas a la parte 26 de generación de burbuja fina, mediante la primera tubería 25. La parte 26 de generación de burbuja fina es un aparato que genera las burbujas 23 finas a partir del gas suministrado desde la parte 24 de suministro de gas. La parte 26 de generación de burbuja fina corresponde a la parte 3B de generación de burbuja fina descrita anteriormente. El gas es suministrado a partir de la parte 24 de suministro de gas a la parte 26 de generación de burbuja fina, debido a una acción de presión negativa desde la bomba 28 mediante la segunda tubería 27.

La primera parte 30 de toma de agua es un miembro que toma agua de muestra del agua 21 dura cerca de una superficie 22a de fondo del tanque 22 de agua. La segunda parte 32 de toma de agua es un miembro que toma agua de muestra cerca a una superficie 22b de agua del tanque 22 de agua. Las posiciones en altura de la primera parte 30 de toma de agua y la segunda parte 32 de toma de agua pueden ser ajustadas a cualquier posición, y una distancia D1 desde la primera parte 30 de toma de agua a la segunda parte 32 de toma de agua puede ser ajustada a un valor deseado.

En el ejemplo mostrado en las Figs. 5A y 5B, la posición de altura de la primera parte 30 de toma de agua es ajustada sustancialmente a la misma posición de altura donde la parte 26 de generación de burbuja fina genera las burbujas 23 finas.

El detector 34 de concentración de ion metálico es un miembro que detecta la concentración de iones metálicos en el agua de muestra, tomada de la primera parte 30 de toma de agua y la segunda parte 32 de toma de agua.

Cuando la parte 26 de generación de burbuja fina y la bomba 28 son operadas en la configuración, el gas es suministrado desde la parte 24 de suministro de gas a través de la primera tubería 25 a la parte 26 de generación de burbuja fina, debido a la acción de presión negativa desde la bomba 28 a través de la la segunda tubería 27. La parte 26 de generación de burbuja fina usa este gas como una materia prima para generar y suministrar las burbujas 23 finas al tanque 22 de agua ( flecha A1 de Fig. 5A).

La parte 26 de generación de burbuja fina y la bomba 28 son operadas por un período predeterminado (15 segundos en el Ejemplo 1 experimental) para generar de manera continua la burbuja 23 fina.

A continuación, se detiene la operación de la parte 26 de generación de burbuja fina y la bomba 28. La detención de la operación es seguida por un periodo predeterminado de descanso (45 segundos en el Ejemplo 1 experimental).

Como se muestra en la Fig. 5A, al final del periodo de operación (después de 15 segundos desde la generación de las burbujas finas), se confirmó visualmente que las burbujas 23 finas suministradas dentro del tanque 22 de agua se movieron hacia arriba en el agua 21 dura ( flecha A2) y fueron retenidas en una porción inferior del tanque 22 de agua.

Como se muestra en la Fig. 5B, al final del periodo de descanso (después de 60 segundos desde la generación de burbujas finas), se confirmó visualmente que las burbujas 23 finas suministradas dentro del agua 21 dura se movieron adicionalmente hacia arriba hasta alcanzar la superficie 22b de agua (flecha A3) y fueron retenidas en una porción superior del tanque 22 de agua.

El agua de muestra fue extraída de la primera parte 30 de toma de agua y la segunda parte 32 de toma de agua en un tiempo predeterminado durante la operación, para medir la concentración de ion metálico con el detector 34 de concentración de ion metálico, y en la Fig. 6 se muestran los resultados.

Abajo se listan las condiciones experimentales específicas relacionadas con los resultados de la Fig. 6.

(Condiciones experimentales)

Tipo de gas suministrado por la parte 24 de suministro de gas: aire

Dureza del agua 21 dura: aproximadamente 300 mg/l

Temperatura del agua 21 dura: 25 °C

Distancia D1 desde la primera parte 30 de toma a la segunda parte 32 de toma: aproximadamente 1 m

Periodo de operación de la parte 26 de generación de burbuja fina y la bomba 28: 15 segundos

Periodo de descanso de la parte 26 de generación de burbuja fina y la bomba 28: 45 segundos

Detector 34 de concentración de ion metálico: LAQUA F-70 manufacturado por HORIBA, Ltd.

Ion metálico que va a ser medido: Ca2+

Tiempo de extracción de agua de muestra: after 0 segundos, 15 segundos, 30 segundos, 60 segundos desde el inicio de la operación.

En la Fig. 6, el eje horizontal representa el tiempo transcurrido (segundos) desde la generación de burbujas finas, y el eje vertical representa una transición de concentración (%) de iones metálicos (Ca2+) detectada por el detector 34 de concentración de ion metálico. La transición de concentración de los iones metálicos representa la transición de concentración del ion metálico, cuando la concentración de ion metálico medida al inicio de la operación es 100 %.

Como se muestra en la Fig. 6, la concentración en el agua de muestra extraída de la primera parte 30 de toma de agua cerca de la superficie 22a de fondo del tanque 22 de agua, aumenta hasta aproximadamente 108 % cuando han transcurrido 15 segundos. Durante el periodo de descanso subsiguiente, la concentración disminuye gradualmente y finalmente desciende hasta aproximadamente 97 %.

Por otro lado, la concentración en el agua de muestra extraída de la segunda parte 32 de toma de agua cerca de la superficie 22b del agua del tanque 22 de agua, se mantiene en aproximadamente 100 % hasta que han transcurrido 15 segundos, a continuación desciende gradualmente durante el periodo de descanso, y finalmente aumenta hasta aproximadamente 115 %.

Los resultados de las transiciones de concentración de los iones metálicos y el comportamiento de las burbujas 23 finas están asociados mutuamente, como sigue.

Cuando han transcurrido 15 segundos, como se muestra en la Fig. 5A, aumenta la concentración de ion metálico en el agua de muestra de la primera parte 30 de toma de agua, en la cual se retienen las burbujas 23 finas. Por otro lado, la concentración de ion metálico casi no cambia en el agua de muestra de la segunda parte 32 de toma de agua en la cual no se retienen las burbujas 23 finas.

Cuando han transcurrido 60 segundos, como se muestra en la Fig. 5B, disminuye la concentración de ion metálico hasta un poco menos de 100 % en el agua de muestra de la primera parte 30 de toma de agua, en la cual no se retienen las burbujas 23 finas. Por otro lado, la concentración de ion metálico aumenta significativamente en el agua de muestra de la segunda parte 32 de toma de agua, en la cual se retienen las burbujas 23 finas.

A partir de los resultados descritos anteriormente, se presume que los iones metálicos Ca2+ en el agua 21 dura son adsorbidos por las burbujas 23 finas y se mueven hacia arriba junto con las burbujas 23 finas que van hacia arriba.

Sobre la base de la presunción, se demostró el efecto de "adsorción de iones metálicos por burbujas finas" descrito anteriormente.

(Segunda Realización)

Se describirá un sistema de remoción de ion de acuerdo con una segunda realización de la presente divulgación. En la segunda realización, se describen principalmente las diferencias frente a la primera realización. En la segunda realización, los elementos constituyentes que son los mismos o equivalentes a los de la primera realización, son denotados con los mismos numerales de referencia. Rn la segunda realización, no se hará la descripción que se superpone con la primera realización.

La segunda realización es diferente de la primera realización en que en el tratamiento de ablandamiento se usa nitrógeno en lugar de aire, como el gas de las burbujas finas.

Se presume que mediante la generación y suministro de las burbujas finas de nitrógeno desde la parte 3B de generación de burbuja fina dentro del agua dura, se promueven las acciones descritas en las siguientes secciones (3), (4), adicionalmente a "(1) adsorción de iones metálicos" y "(2) cristalización de iones metálicos", descritas anteriormente. Se nota que la presente divulgación no está ligada a los principios específicos descritos en las siguientes secciones (3), (4).

(3) Promoción de adsorción de iones metálicos

Como se muestra en la Fig. 7(a), H+ y OH- son cargados alrededor de las burbujas finas. Como se describió anteriormente, el Ca2+ cargado positivamente es adsorbido al OH- cargado negativamente. Cuando se usa nitrógeno como las burbujas finas bajo las circunstancias descritas anteriormente, se promueve una reacción de la Fórmula 3.

(Fórmula 3) N2+6H++6e-^ 2 N H 3 NH3+H2O^NH4++OH-

Como se muestra en la Fig. 7(b), el número de iones H+ es reducido respecto al número de iones OH-, por promoción de la reacción de la Fórmula 3. Como resultado, una carga negativa se torna fuerte en términos de las burbujas finas, de modo que el Ca2+ que tiene una carga positiva es fácilmente adsorbido.

Cuando se usa nitrógeno como en la segunda realización, la reacción de la Fórmula 3 puede ser promovida en comparación del caso cuando se usa aire como en la primera realización, de modo que se promueve adicionalmente la adsorción de iones metálicos. Como resultado, más iones metálicos pueden ser separados y retirados del agua dura.

Se presume que el principio es aplicable no sólo a nitrógeno sino también a cualquier gas que pueda reaccionar con iones H+ para reducir el número de iones H+ respecto al número de iones OH-.

(4) Promoción de cristalización de iones metálicos

Dado que el nitrógeno es un gas inerte diferente del aire, cuando se suministra nitrógeno dentro del agua dura, se pierde el balance de presión parcial en el gas contenido en el agua dura. Esto promueve una reacción como se muestra en la Fig. 8.

Como se muestra en la Fig. 8, otro componente de gas disuelto en agua dura para reemplazar nitrógeno, actúa sobre las burbujas finas compuestas de nitrógeno. En el ejemplo mostrado en la Fig. 8, el CO<2>está contenido en el Ca(HCO<3)2>presente alrededor de las burbujas finas, y este CO<2>es extraído y actúa para reemplazar nitrógeno. Específicamente, se promueve la siguiente reacción.

(Fórmula 4) Ca(HCO<3>)<2>^C aC O<3>+CO<2>+H<2>O

Como se describió anteriormente, ocurre una reacción de modo que se genera CaCO<3>insoluble a partir de Ca(HCO<3)2>soluble. En este caso, se generan CO<2>y H<2>O. El CaCO<3>es insoluble y es depositado por ello como cristales de un componente metálico.

Los iones metálicos contenidos como Ca2+ de Ca(HCO<3)2>en agua dura pueden ser cristalizados y depositados por la reacción. Como resultado, los cristales del componente metálico pueden ser retirados del agua dura.

Se presume que el principio es aplicable, no sólo a nitrógeno, sino también a cualquier gas diferente al aire, que pueda romper el balance de presión parcial del gas disuelto en agua dura.

Dado que las burbujas finas son generadas incorporando nitrógeno y son suministradas dentro del agua dura en la segunda realización como se describió anteriormente, las acciones descritas en las secciones de "(3) promoción de adsorción de iones metálicos" y "(4) promoción de cristalización de iones metálicos" pueden ser promovidas en comparación con el caso de uso de aire. Esto puede mejorar la exactitud de remoción de iones metálicos del agua dura.

(Tercera realización)

Se describirá un procedimiento para retirar iones metálicos mediante un sistema de remoción de ion de acuerdo con la tercera realización de la presente divulgación. En la tercera realización, se describirán principalmente las diferencias frente a la primera y segunda realizaciones, y no se hará la descripción que se superpone con la primera y segunda realizaciones.

Mientras en la primera y segunda realizaciones, la parte 3B de generación de burbuja fina genera burbujas finas que contienen aire, la tercera realización es diferente de la primera y segunda realizaciones en que se generan burbujas finas que contienen un gas mixto obtenido por mezcla de diferentes tipos de gases.

El gas mixto usado en la tercera realización para generar las burbujas finas es un gas obtenido por mezcla de dos tipos de gases, es decir, un primer gas que es un gas básico y un segundo gas que es un gas que tiene una propiedad de menor tasa de disolución que el primer gas. Por ello, la parte 7 de suministro de gas de remoción de ion mostrada en la Fig. 1 suministra el gas mixto obtenido por mezcla del primer gas y el segundo gas, como el gas de remoción de ion, a la parte 3B de generación de burbuja fina.

Se presume que por generación de las burbujas finas con el gas mixto que contiene el primer gas y el segundo gas, las acciones descritas en las siguientes secciones (5), (6) son promovidas adicionalmente a "(1) adsorción de iones metálicos" y "(2) cristalización de iones metálicos" descritas anteriormente. Se anota que la presente divulgación no está atada a los principios específicos descritos en las siguientes secciones (5), (6).

(5) Cambio de potencial sobre la superficie de burbujas finas, debido al primer gas

El primer gas contenido en el gas mixto es un gas básico que recibe H+ en una reacción ácido-base. El primer gas se disuelve en agua para generar OH-. Específicamente, se causa la reacción de la Fórmula 5-1.

(Fórmula 5-1) X+H<2>O^XH++OH‘

En la Fórmula 5-1, el primer gas es representado por la fórmula química X. Cuando ocurre la reacción de la Fórmula 5-1, como se muestra en la Fig. 9, la proporción de OH- presente alrededor de las burbujas 40 finas aumenta en comparación con la proporción de H+ (el H+ no es mostrado en la Fig. 9). Un potencial de una interfaz sólido-líquido depende fuertemente del pH en la calidad del agua, dado que H+ y OH' en agua son iones que determinan el potencial, y una carga positiva se torna más fuerte a medida que aumenta H+, mientras una carga negativa se torna más fuerte a medida que aumenta OH-. Como resultado, una carga negativa se torna fuerte en términos de las burbujas 40 finas, de modo que el Ca2+ que tiene una carga positiva es fácilmente adsorbido. De esta manera, puede mejorarse el efecto de adsorción de ion metálico de las burbujas 40 finas.

Además, en la tercera realización el gas básico de amoníaco es usado como el primer gas. Cuando se usa amoníaco, la Fórmula 5 es descrita específicamente como en la Fórmula 6.

(Fórmula 6) N H a+^O ^N H ^+O H -

Mediante la generación de las burbujas 40 finas usando amoníaco, que es un gas versátil que tiene elevada solubilidad en agua, puede reducirse el coste de generación de las burbujas 40 finas, mientras mejora el efecto de adsorción del ión metálico descrito anteriormente.

Se presume que el principio es aplicable no sólo al amoníaco sino también a cualquier gas básico. Los ejemplos de tal gas básico incluyen metilamina, etilamina, propilamina, isopropilamina, butilamina, hexilamina, ciclohexilamina, dimetilamina, dietilamina, diisopropilamina, dipropilamina, di-n-butilamina, etanolamina, dietiletanolamina, dimetiletanolamina, etilenediamina, dimetilaminopropilamina, N,N-dimetiletilamina, trimetilamina, trietilamina, tetrametilendiamina, dietilentriamina, propilenimina, pentametilendiamina, hexametilendiamina, morfolina, N-metilmorfolina, y N-etilmorfolina.

Como se muestra en la Fórmula 5-1, X no está limitado a un gas básico, y es probable que se produzca el mismo efecto en tanto X sea un "gas donador de ion hidroxilo" que reacciona con agua (H<2>O) para donar un ion hidroxilo (OH ). Los ejemplos del gas donador de ion hidroxilo incluyen un gas ozono soluble (O<3>) soluble. Cuando se suministra el gas ozono al agua, ocurre la reacción representada por la Fórmula 5-2 similar a laFórmula 5-1.

(Fórmula 5-2) O3+H2O+2e^O2+2OH-

De acuerdo con la Fórmula 5-2, es probable el gas "X" donador de ion hidroxilo, que causa la reacción representada por la Fórmula 5-3, produzca el mismo efecto.

(Fórmula 5-3) XO+H2O+2e^X+2OH-

El ozono será descrito en el Ejemplo 6 experimental.

(6) Mantenimiento de burbujas finas con segundo gas

Como se describió en la sección de "(5) cambio de potencial sobre la superficie de burbujas finas debido al primer gas", el primer gas es el gas básico contenido en el gas mixto y se disuelve en agua para incrementar la proporción de OH' sobre la superficie de las burbujas 40 finas. Tal primer gas es mezclado con el segundo gas que es un gas que tiene una propiedad de tasa de disolución más lenta que el primer gas. Mediante mezcla con tal segundo gas, se previene que las burbujas 40 finas se disuelvan totalmente en agua, incluso cuando se disuelve el primer gas en agua, de modo que puede mantenerse el estado de las burbujas 40 finas. Preservando el estado de las burbujas 40 finas, puede preservarse el efecto de adsorción sobre iones Ca2+ atribuible a las burbujas finas, descrito en la primera y segunda realizaciones.

En la tercera realización, se usa nitrógeno como el segundo gas. Por generación de las burbujas 40 finas usando nitrógeno, que es un gas versátil inocuo al cuerpo humano, puede reducirse el coste de generación de las burbujas 40 finas, mientras se garantiza la seguridad. Además, dado que el nitrógeno es un gas no soluble en agua (gas no soluble), puede ejercerse más efectivamente el efecto de mantenimiento del estado de las burbujas 40 finas.

Se presume que el principio es aplicable no sólo a nitrógeno, sino también a cualquier gas que tenga una propiedad de menor tasa de disolución que el primer gas, el cual es un gas básico. Cuando se selecciona el segundo gas, un gas que va a seleccionarse puede ser un gas que tenga una tasa de disolución ( solubilidad) más lenta ( menor) dentro del agua, en comparación con el primer gas, bajo las mismas condiciones incluyendo condiciones de temperatura y presión. Los ejemplos de tal segundo gas incluyen nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono, butano, oxígeno, metano, propano, etano, óxido nítrico, etileno, propeno, acetileno, y dióxido de carbono, en orden ascendente de solubilidad. Entre ellos, cuando se usa un gas no soluble en agua de óxido nítrico, oxígeno o hidrógeno, puede ejercerse más efectivamente el efecto de mantenimiento del estado de las burbujas 40 finas.

Se ha descrito, con referencia a las Figs. 7 y 8, en las secciones de "(3) promoción de adsorción de iones metálicos" y "(4) promoción de cristalización de iones metálicos" que el nitrógeno se disuelve en agua dura y que probablemente esta reacción ocurre al mismo tiempo. El nitrógeno es insoluble en agua y por ello se disuelve con dificultad en agua, de modo que se ejerce un fuerte efecto de mantenimiento del estado de las burbujas 40 finas; sin embargo, en agua se disuelve una cantidad no pequeña de nitrógeno. Por ello, el fenómeno de disolución de nitrógeno dentro del agua descrito en las secciones de "(3) promoción de adsorción de iones metálicos" y "(4) promoción de cristalización de iones metálicos" ocurre en una extensión no pequeña simultáneamente con el fenómeno de mantenimiento de las burbujas finas con nitrógeno, descrito en la sección de "(6) mantenimiento de burbujas finas con segunda gas".

Como se describió anteriormente, la parte de generación de burbuja fina de la tercera realización genera las burbujas 40 finas desde un gas mixto, obtenido mediante mezcla del primer gas que reacciona con agua para donar iones hidroxilo y el segundo gas que tiene una propiedad de menor tasa de disolución en comparación con el primer gas. El primer gas es un gas donador de ion hidroxilo y reacciona con agua para aumentar la proporción de OH- sobre la superficie de las burbujas 40 finas. Esto puede incrementar el efecto de adsorción de iones metálicos, tales como Ca2+, a las burbujas 40 finas. Además, mediante mezcla del segundo gas que tiene una propiedad de menor tasa de disolución en comparación con el primer gas, puede evitarse que las burbujas 40 finas se disuelvan completamente en agua, para mantener el estado de las burbujas 40 finas.

En la tercera realización, el primer gas es un gas básico soluble (amoníaco). Dado que el primer gas es un gas básico y primero se disuelve en agua, y el segundo gas que tiene una propiedad de menor tasa de disolución en comparación con el gas básico está cargado negativamente, puede lograrse el efecto usando una diferencia en la tasa de disolución de los dos gases.

Las proporciones de mezcla de amoníaco y nitrógeno en las burbujas 40 finas pueden ser ajustadas a un valor arbitrario o pueden ser ajustadas, por ejemplo, de modo que la proporción de mezcla de nitrógeno a amoníaco se torne mayor (por ejemplo, amoníaco:nitrógeno es 1:99 en una cantidad de sustancia ( relación de volumen)). Con tal ajuste, el incremento en OH-debido a la disolución de amoníaco está limitado sólo en una región cercana a la superficie de las burbujas 40 finas, y la proporción de OH- cambia difícilmente en una posición distante de las burbujas 40 finas. Esto puede mantener sin modificación la calidad de la totalidad del agua, mientras causa un cambio solo en la vecindad de la superficie de las burbujas 40 finas. Por otro lado, mediante el incremento de la proporción de nitrógeno, puede mantenerse por más tiempo el estado de las burbujas 40 finas. De esta manera, puede producirse el efecto descrito anteriormente mediante el ajuste de la cantidad de sustancia del segundo gas, que tiene una menor tasa de disolución en comparación con el gas básico, mayor que la cantidad de sustancia del primer gas, que es el gas básico, en el gas mixto. Dado que la cantidad de sustancia y el volumen son mutuamente proporcionales bajo las condiciones de la misma temperatura y la misma presión, las proporciones de mezcla del primer gas y el segundo gas pueden ser ajustadas usando bien sea la cantidad de sustancia o el volumen.

Alternativamente, las proporciones de mezcla pueden ser ajustadas tal que la proporción de mezcla de amoníaco a nitrógeno sea mayor. Con tal ajuste, los iones metálicos contenidos en el agua dura pueden cristalizar adicionalmente y ser retirados. El principio de promoción de cristalización, como se describió anteriormente, será descrito en los Ejemplos 2 a 4 experimentales.

En la tercera realización, a diferencia de una forma de suministro en la cual el amoníaco y el nitrógeno están formados separadamente como burbujas finas y las burbujas finas son suministradas separadamente al agua dura sin mezclarse, las burbujas 40 finas del gas mixto obtenidas por mezcla de amoníaco y nitrógeno son suministradas al agua dura. Tal forma de suministro puede evitar que el amoníaco se disuelva solo en una posición distante de las burbujas 40 finas, de modo que pueda ejercerse de manera suficiente la función de incremento de OH-solamente en la vecindad de la superficie de las burbujas 40 finas.

Un principio hipotético será descrito, con referencia a un esquema de la Fig. 10, en términos del efecto de adsorción de ion metálico de las burbujas 40 finas, usando el gas mixto descrito anteriormente obtenido mediante mezcla del primer gas, el cual es amoníaco, y el segundo gas, el cual es nitrógeno, en particular hasta que los iones metálicos cristalizan finalmente.

Como se muestra en la Fig. 10, cuando las burbujas 40 finas son suministradas dentro del agua dura, el amoníaco es soluble en agua y se disuelve en el agua circundante entre el amoníaco y el nitrógeno que constituyen las burbujas 40 finas ( disolución de gas amoníaco). Por ello, como se describió en la sección de "(5) cambio de potencial en la superficie de burbujas finas debido al primer gas", el NH<4>+ es generado en la superficiede las burbujas 40 finas y aumenta la proporción de OH- (condensación de superficie). En este caso, aumenta el efecto de adsorción de iones Ca2+.

Cuando la concentración superficial avanza adicionalmente, se maximiza la concentración de OH- en la superficie de las burbujas 40 finas. Específicamente, se maximiza el pH en la superficie de las burbujas 40 finas, y se maximiza el potencial zeta de las burbujas 40 finas (pH local grande, potencial zeta grande).

En los estados de "disolución de gas amoniaco", "condensación superficial", "pH local grande, potencial zeta grande", el Ca2+ es adsorbido por las burbujas 40 finas. En en este caso, si las burbujas 40 finas que adsorben Ca2+ están separadas del agua dura, los iones metálicos pueden ser retirados del agua dura.

Si no se realiza la separación o si los iones metálicos permanecen como las burbujas 40 finas, incluso aunque se realice la separación, comienza la cristalización de Ca2+ adsorbido a la superficie de las burbujas 40 finas. Específicamente, el Ca2+ es cristalizado y depositado como cristales 42. Adicionalmente, a medida que se depositan los cristales 42, comienzan a desaparecer las burbujas 40 finas (desaparición).

A medida que avanzan la cristalización de Ca2+ y la desaparición de las burbujas 40 finas, el nitrógeno insoluble en agua que mantiene el estado de las burbujas 40 finas, se difunde dentro del agua como un gas disuelto ( difusión de gas disuelto).

En los estados de "desaparición" y "difusión de gas disuelto "descritos anteriormente, aquellos contenidos como los iones metálicos en el agua dura son depositados como los cristales 42. Mediante separación del agua dura de los cristales 42 depositados de esta manera, pueden cristalizarse y retirarse los iones metálicos en el agua dura.

(Ejemplos 2 a 4 experimentales)

Se describirán los Ejemplos 2 a 4 experimentales ejecutados para confirmar la influencia de las proporciones de mezcla de amoníaco y nitrógeno en las burbujas 40 finas, sobre la cristalización del componente metálico. Se condujeron experimentos usando un aparato 50 mostrado en la Fig. 11.

La Fig. 11 es un diagrama que muestra un configuración esquemática del aparato 50 usado en los Ejemplos 2 a 4 experimentales . El aparato 50 mostrado en la Fig. 11 incluye una parte 52 mixta de suministro de gas, un tanque 54 de tratamiento, una primera tubería 56, una segunda tubería 58, una válvula 60 de muestreo de agua, un dispositivo 62 de muestreo de agua, y un tanque 64 de almacenamiento de agua, una bomba 66, una válvula 68 de ajuste de tasa de flujo, y un medidor 70 de flujo.

La parte 52 mixta de suministro de gas es un miembro de suministro del gas mixto al tanque 54 de tratamiento. La parte 52 mixta de suministro de gas incluye una fuente 72 de suministro de amoníaco, una fuente 74 de suministro de nitrógeno, una válvula 76 de ajuste de relación de mezcla, una tubería 78 de suministro, y una parte 80 de generación de burbuja fina.

La parte 52 mixta de suministro de gas usa la fuente 72 de suministro de amoníaco y la fuente 74 de suministro de nitrógeno, para generar el gas mixto obtenido por mezcla de amoníaco (el primer gas) y nitrógeno (el segundo gas). Las proporciones de mezcla de amoníaco y nitrógeno pueden ser ajustadas a cualquier relación mediante la válvula 76 de ajuste de relación de mezcla. El gas mixto es suministrado a través de la tubería 78 de suministro a la parte 80 de generación de burbuja fina, dispuesta en una porción del fondo del tanque 54 de tratamiento. La parte 80 de generación de burbuja fina es un miembro que forma burbujas finas del gas mixto.

El tanque 54 de tratamiento es un tanque (parte de almacenamiento de agua dura) que almacena agua dura y agua tratada para ser tratada. Mediante el suministro de las burbujas finas del gas mixto dentro del agua dura en el tanque 54 de tratamiento, se retira del agua dura el componente metálico, o particularmente se cristaliza, de acuerdo con el principio descrito en la tercera realización. Después del tratamiento, el agua tratada es enviada a la primera tubería 56. La válvula 60 de muestreo de agua está dispuesta en el centro de la primera tubería 56. Mediante la apertura y cierre de la válvula 60 de muestreo de agua, se toma la muestra del agua tratada que pasa a través de la primera tubería 56. El agua tratada muestreada es colocada dentro del dispositivo 62 de muestreo de agua.

La primera tubería 56 está conectada con el tanque 64 de almacenamiento de agua. El tanque 64 de almacenamiento de agua es un tanque de almacenamiento del agua tratada. El agua tratada almacenada en el tanque 64 de almacenamiento de agua es devuelta a través de la segunda tubería 58 hasta el tanque 54 de tratamiento. Como resultado, el agua tratada es circulada.

La bomba 66, la válvula 68 de ajuste de tasa de flujo, y el medidor 70 de flujo están unidos a la segunda tubería 58. La bomba 66 es un miembro que genera una fuerza de propulsión que causa que el agua tratada en el tanque 64 de almacenamiento de agua fluya a través de la segunda tubería 58. La válvula 68 de ajuste de tasa de flujo es una válvula de ajuste de la tasa de flujo del agua tratada que pasa a través de la segunda tubería 58. El medidor 70 de flujo es un dispositivo de medición de la tasa de flujo del agua tratada que fluye a través de la segunda tubería 58.

Se usó el aparato 50 como el descrito anteriormente, para realizar un tratamiento de remoción del componente metálico en el agua dura en el tanque 54 de tratamiento, mientras se operaba continuamente la bomba 66 y para recolectar del dispositivo 62 de muestreo de agua el agua tratada después del tratamiento, para medir diferentes parámetros. En los Ejemplos 2 a 4 experimentales, se examinó una tasa de cristalización del componente metálico contenido en el agua tratada (tasa de cristalización). La tasa de cristalización en la presente especificación no está limitada a una sustancia compuesta de átomos y moléculas dispuestas periódicamente con regularidad, e indica una tasa de una sustancia depositada simplemente como un sólido. La tasa de cristalización puede ser denominada como "tasa de deposición".

La Fig. 12 muestra un ejemplo de un resultado cuando el agua tratada realmente tratada en los Ejemplos 2 a 4 experimentales es observada con un microscopio de barrido de electrones (SEM). Como se muestra en la Fig. 12, en el agua tratada 82 se deposita una multiplicidad de cristales 84.

En los Ejemplos 2 y 3 experimentales, se usó agua 1 dura como el agua tratada que debe ser tratada. El agua 1 dura es Evian ( marca registrada) que tiene la dureza de aproximadamente 300 mg/l. En el Ejemplo 4 experimental, se usaron dos tipos de agua dura, 1 y 2. El agua 2 dura es Contrex (marca registrada) que tiene la dureza de aproximadamente 1400 mg/l.

(Ejemplo 2 experimental)

En el Ejemplo 2 experimental, se usó el aparato 50 descrito anteriormente, para recolectar el agua tratada después de haber transcurrido un tiempo predeterminado, como agua de muestra con el dispositivo 62 de muestreo de agua mientras se operaba la bomba 66, para causar que el agua dura fluyese dentro del tanque 54 de tratamiento. En el Ejemplo 2 experimental, se cambiaron las proporciones de mezcla de amoníaco y nitrógeno en el gas mixto para examinar diferencias en la tasa de cristalización, a las respectivas proporciones de mezcla. Abajo se listan las condiciones experimentales específicas del Ejemplo 2 experimental. En el Ejemplo 2 experimental, se descartó el agua tratada suministrada desde el tanque 54 de tratamiento a la primera tubería 56, excepto el agua recolectada con el dispositivo 62 de muestreo de agua y no fue suministrada al tanque 64 de almacenamiento de agua.

(Condiciones experimentales)

Tipo de agua tratada: agua 1 dura

Porcentaje de mezcla de amoníaco en gas mixto: 0 % (solamente nitrógeno), 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 100 % (solamente amoníaco)

Tasa de flujo de agua tratada: 2,6 l/min

Tasa de flujo de gas mixto: 0,03 l/min

Tiempo desde el inicio de operación de la bomba hasta la recolección: 3 minutos

Objetos de medición del agua de muestra: pH, dureza de Ca (mg/l), concentración total de ácido carbónico (mg/l)

Para los objetos de medición del agua de muestra, se filtró el agua de muestra recolectada, para retirar los cristales del componente metálico depositados en el agua de muestra, antes de realizar la medición. La dureza de Ca es un valor obtenido mediante conversión del contenido de Ca2+ presente en el agua tratada por unidad de volumen, en carbonato de calcio (CaCO<3>). Para la medición del pH, dureza de Ca, concentración total de ácido carbónico se usaron los respectivos dispositivos de medición disponibles comercialmente.

En las Figs. 13A y 13B se muestran los resultados experimentales del Ejemplo 2 experimental.

En la Fig. 13A, el eje horizontal representa el porcentaje de mezcla (%) de amoníaco en el gas mixto, y el eje vertical representa la tasa de cristalización (%) del agua de muestra. En la Fig. 13B, el eje horizontal representa el pH del agua de muestra, y el eje vertical representa la tasa de cristalización (%) del agua de muestra.

La "tasa de cristalización" fue calculada por (la dureza de Ca del agua de muestra antes de la operación - la dureza de Ca del agua de muestra después de la operación)/la dureza de Ca del agua de muestra antes de la operación. La tasa de cristalización calculada de esta manera representa cuántos iones metálicos cristalizan en el agua de muestra por unidad de volumen. Una mayor tasa de cristalización indica que más iones metálicos cristalizan desde el agua de muestra.

Como se muestra en las Figs. 13A y 13B, la tasa de cristalización incrementa a medida que se torna mayor el porcentaje de mezcla de amoníaco. En particular, cuando el porcentaje de mezcla de amoníaco es 70 % o more, la tasa de cristalización aumenta dramáticamente.

Como se muestra en las Figs. 13A y 13B, puede verse que cuando el porcentaje de mezcla de amoníaco es mayor, aumenta el pH. Se anota que aunque aumenta el pH, el valor máximo está entre 8,5 y 9. El valor de referencia de pH para el agua municipal definido por el Ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar está en el intervalo de 5,8 a 8,6, y puede verse que incluso si el porcentaje de mezcla de amoníaco es alto, varía el pH hasta un valor cercano al intervalo. Adicionalmente, el intervalo potable deseable de agua con ion alcalino prescrito en la Ley de Asuntos Farmacéuticos es pH 9 a 10. Dado que el valor de pH puede ser mantenido inferior a este intervalo, puede verse que el agua es adecuada como agua potable.

El factor que evita el incremento excesivo del pH, incluso a un elevado porcentaje de mezcla de amoníaco, es probablemente que el pH aumenta principalmente en forma local alrededor de las burbujas 40 finas, como se describió anteriormente con referencia a la Fig. 10, más que el incremento del pH de la totalidad del agua tratada.

(Ejemplo 3 experimental)

En el Ejemplo 3 experimental, como en el Ejemplo 2 experimental, se usó el aparato 50 descrito anteriormente, para recolectar el agua tratada después de transcurrido un tiempo predeterminado, como agua de muestra con el dispositivo 62 de muestreo de agua mientras se operaba la bomba 66, para causar que el agua dura fluyese dentro del tanque 54 de tratamiento. En el Ejemplo 3 experimental, se usaron sólo dos patrones de 70 % y 100 % para el porcentaje de mezcla de amoníaco en el gas mixto. A diferencia del Ejemplo 2 experimental, el agua de muestra fue recolectada a intervalos predeterminados desde el inicio de operación de la bomba 66, para medir diferentes parámetros. Además, a diferencia del Ejemplo 2 experimental, el agua tratada suministrada desde el tanque 54 de tratamiento a la primera tubería 56 fue devuelta toda al tanque 64 de almacenamiento de agua para circular el agua tratada, excepto el agua recolectada con el dispositivo 62 de muestreo de agua. Abajo se listan las condiciones experimentales específicas del Ejemplo 3 experimental.

(Condiciones experimentales)

Tipo de agua tratada: agua 1 dura

Porcentaje de mezcla de amoníaco en gas mixto: 70 %, 100 % (solamente amoníaco)

Tasa de flujo de agua tratada: 2,6 l/min

Tasa de flujo de gas mixto: 0,03 l/min

Objetos de medición del agua de muestra: pH, dureza de Ca (mg/l), concentración de ácido carbónico total (mg/l) En las Figs. 14A, 14B, y 14C se muestran los resultados experimentales del Ejemplo 3 experimental.

En la Fig. 14A, el eje horizontal representa el tiempo de operación (minutos) de la bomba 66, y el eje vertical representa la tasa de cristalización (%) del agua de muestra. En la Fig. 14B, el eje horizontal representa el tiempo de operación (minutos) de la bomba 66, y el eje vertical representa la dureza de Ca (mg/l) del agua de muestra. En la Fig. 14C, el eje horizontal representa el tiempo de operación (minutos) de la bomba 66, y el eje vertical representa el pH del agua de muestra.

Como se muestra en la Fig. 14A, la tasa de cristalización aumenta a medida que transcurre el tiempo de operación, independientemente de si el porcentaje de amoníaco de la mezcla es 70 % o 100 %. Como se muestra en la Fig. 14B, la dureza de Ca disminuye a medida que transcurre el tiempo de operación. Esto revela que el componente metálico Ca2+ disuelto en el agua dura cristaliza como CaCO<3>debido a la introducción de las burbujas finas usando el gas mixto.

Por otro lado, la velocidad de incremento de la tasa de cristalización y la velocidad de disminución de la dureza de Ca son mayores cuando el porcentaje de mezcla de amoníaco es 100 % que cuando el porcentaje de mezcla es 70 %. Esto revela que el amoníaco contribuye significativamente a la cristalización de Ca2+ hasta CaCOs.

Como se muestra en la Fig. 14C, el pH aumenta gradualmente a medida que transcurre el tiempo de operación, independientemente de si el porcentaje de mezcla de amoníaco es 70 % o 100 %. No se observó diferencia significativa en el valor de pH entre el caso en que el porcentaje de mezcla de amoníaco es 70 % y en el que el porcentaje de mezcla es 100 %. Incluso si ha transcurrido el tiempo de operación de 50 minutos, el pH está entre 9 y 10 y no aumenta excesivamente. El factor moderador de la velocidad de incremento del pH de esta manera es probablemente que el pH aumenta principalmente de modo local alrededor de las burbujas 40 finas, como se describió anteriormente con referencia a la Fig. 10, más que el incremento del pH de la totalidad del agua tratada.

(Ejemplo 4 experimental)

En el Ejemplo 4 experimental, como en los Ejemplos 2 y 3 experimentales, se usó el aparato 50 descrito anteriormente para recolectar el agua tratada después de haber transcurrido un tiempo predeterminado, como agua de muestra con el dispositivo 62 de muestreo de agua, mientras se operaba la bomba 66 para causar que el agua dura fluyese dentro del tanque 54 de tratamiento. Como en el Ejemplo 3 experimental, se recolectó el agua de muestra a intervalos predeterminados desde el inicio de operación de la bomba 66, para medir diferentes parámetros. Como en el Ejemplo 3 experimental, el agua tratada suministrada desde el tanque 54 de tratamiento a la primera tubería 56 fue devuelta toda al tanque 64 de almacenamiento de agua para circular el agua tratada, excepto el agua recolecta con el dispositivo 62 de muestreo de agua. Por otro lado, en el Ejemplo 4 experimental, solamente se usó un patrón de 70 % para el porcentaje de mezcla de amoníaco en el gas mixto. A diferencia de los Ejemplos 2 y 3 experimentales, como el agua tratada se usaron dos clases de agua dura, es decir, el agua 1 dura (dureza: aproximadamente 300 mg/l) y el agua 2 dura (dureza: aproximadamente 1.400 mg/l). Abajo se listan las condiciones experimentales específicas del Ejemplo 4.

(Condiciones experimentales)

Tipos de agua tratada: agua 1 dura, agua 2 dura

Porcentaje de mezcla de amoníaco en gas mixto: 70 %

Tasa de flujo de agua tratada: 2,6 l/min

Tasa de flujo de gas mixto: 0,03 l/min

Objetos de medición de agua de muestra: pH, dureza de Ca (mg/l), concentración de ácido carbónico total (mg/l)

En las Figs. 15A, 15B, 15C, y 15D se muestran los resultados experimentales del Ejemplo 4 experimental.

En la Fig. 15A, el eje horizontal representa el tiempo de operación (minutos) de la bomba 66, y el eje vertical representa la tasa de cristalización (%) del agua de muestra. En la Fig. 15B, el eje horizontal representa el tiempo de operación (minutos) de la bomba 66, y el eje vertical representa la dureza de Ca (mg/l) del agua de muestra. En la Fig. 15C, el eje horizontal representa el tiempo de operación (minutos) de la bomba 66, y el eje vertical representa el pH del agua de muestra. La Fig. 15D es una gráfica de la Fig. 15B en la cual se añade al eje vertical la concentración de ácido carbónico total (mg/l).

Como se muestra en Figs. 15A y 15B, en el agua 1 dura y el agua 2 dura, a medida que transcurre el tiempo de operación aumenta la tasa de cristalización y disminuye la dureza de Ca. Esto revela que el componente metálico Ca2+ disuelto en el agua dura cristaliza como CaCO<3>debido a la introducción de las burbujas finas, usando el gas mixto.

Como se muestra en las Figs. 15A y 15C, puede verse que la velocidad de incremento de la tasa de cristalización y la velocidad de incremento del pH son significativamente diferentes entre el agua 1 dura y el agua 2 dura. Específicamente, puede verse que la velocidad de incremento de la tasa de cristalización y la velocidad de incremento del pH son mayores en el agua 1 dura que en el agua 2 dura. A este respecto, los inventores enfocaron su atención en la "concentración de ácido carbónico total" y condujeron un estudio en base a los datos mostrados en la Fig. 15D.

Como se muestra en la Fig. 15D, la concentración de ácido carbónico total del agua 1 dura tiene un valor de 150 a 200 mg/l cuando el tiempo de operación es de 50 minutos. Por ello, el agua 1 dura contiene grandes cantidades de HCO<3>- y CO<3>2-. Cuando el tiempo de operación es de 50 minutos, la tasa de cristalización del agua 1 dura ha alcanzado 70 a 80 % como se muestra en la Fig. 15A. Por otro lado, la concentración de ácido carbónico total del agua 2 dura tiene un valor de aproximadamente 20 mg/l cuándo el tiempo de operación es de 70 minutos. Comparada con el agua 1 dura, puede verse que los contenidos de HCO<3>- y CO<3>2- son significativamente menores en el agua 2 dura. De acuerdo con los datos mostrados en la Fig. 15A, se espera que la tasa de cristalización del agua 2 dura sea aproximadamente 40 % cuando el tiempo de operación es de 70 minutos.

Como se describió en los principios de la primera a tercera realizaciones, HCO<3>- y CO<3>2- funcionan como componentes para cristalizar Ca2+ como CaCOs. Es probable que la velocidad de incremento de la tasa de cristalización sea mayor en el agua 1 dura que en el agua 2 dura, dado que HCO<3>- y CO<3>2- están presentes en mayores cantidades.

La tabla 1 muestra contenidos de componente metálicos presentes en las aguas 1,2 duras y la concentración de ácido carbónico total.

[Tabla 1]

Como se muestra en la tabla 1, los contenidos de Ca, Mg, y CO<3>2- por unidad de volumen presentes en el agua 1 dura, es decir, Evian (marca registrada), son 80, 26, y 357 mg/l, respectivamente. Los contenidos de Ca, Mg, y CO<3>2- por unidad de volumen presentes en el agua 2 dura, es decir, Contrex (marca registrada), son 468, 74.8, y 372 mg/l. Por ello, el contenido de CO<3>2- por unidad de volumen presente en el agua 1 dura y el agua 2 dura son 357 mg/l y 372 mg/l, que son sustancialmente los mismos. Por otro lado, la cantidad de CO<3>2- requerida para la disolución de Ca y Mg respecto a los contenidos de Ca y Mg presentes en el agua dura es aproximadamente 184 mg/l para el agua 1 dura y aproximadamente 887 mg/l para el agua 2 dura. Por ello, el agua 1 dura tiene un excedente de aproximadamente 173 mg/l de la cantidad realmente presente de CO<3>2- respecto a la cantidad de CO<3>2- requerida para la disolución de Ca y Mg. Esto significa que el CO<3>2- para la cristalización de Ca está abundantemente presente cuando se introducen las burbujas finas del gas mixto. Por otro lado, el agua 2 dura es aproximadamente 515 mg/l corta respecto a la cantidad realmente presente de CO<3>2- respecto a la cantidad de CO<3>2- requerida para la disolución de Ca y Mg. Como resultado, cuando se introducen las burbujas finas del gas mixto, probablemente la cristalización no es promovida debido a la falta de CO<3>2- para cristalizar Ca2+.

A partir de los resultados descritos anteriormente, es probable que si el agua dura que va a ser tratada contiene de manera abundante ácido carbónico tal como HCO<3>y CO<3>2-, pueda mejorarse la velocidad de incremento de cristalización. En base a este hecho, para incrementar el contenido de dióxido de carbono total del agua dura, puede introducirse un gas ácido carbónico dentro del agua dura, antes de introducir las burbujas finas. Específicamente, puede incluirse adicionalmente una parte que genera un gas ácido carbónico. Antes de suministrar al agua dura las burbujas finas generadas por la parte de generación de burbuja fina, puede generarse un gas ácido carbónico por la parte que genera ácido carbónico y suministrarlo dentro del agua dura. Probablemente esto pueda promover la cristalización del componente metálico en el agua dura.

Como se describió anteriormente, de acuerdo con los Ejemplos 2 a 4 experimentales, la cristalización del componente metálico puede ser promovida ajustando la cantidad de sustancia de amoníaco para que sea mayor que la cantidad de sustancia de nitrógeno en el gas mixto. Además, mediante el ajuste del porcentaje de mezcla de amoníaco en el gas mixto a 70 % o más, puede promoverse significativamente la cristalización del componente metálico.

(Ejemplo 5 experimental)

El Ejemplo 5 experimental es un experimento de evaluación sensorial para evaluar "la formación de espuma" para el agua de muestra (agua blanda) trata de usando el dispositivo 50 descrito anteriormente. La formación de espuma está relacionada con un poder de formación de espuma, de acuerdo con la altura y tamaño de la espuma generada desde una superficie del agua. Generalmente se considera que cuando una cantidad de componentes de dureza es más pequeña, la formación de espuma es más grande, lo cual tiene como ventaja en que se incrementa un efecto de lavado cuando el agua es usada para el propósito de lavado, por ejemplo.

En el Ejemplo 5 experimental, a diferencia de los Ejemplos 2 a 4 experimentales, se generaron burbujas finas de un gas individual de amoníaco, en lugar del gas mixto. Específicamente, en el dispositivo 50 mostrado en la Fig. 11, se generaron burbujas finas usando solamente la fuente 72 de suministro de amoníaco sin usar la fuente 74 de suministro de nitrógeno. El procedimiento de uso del dispositivo 50 es el mismo de los Ejemplos 2 a 4 experimentales y por ello no será descrito.

El procedimiento experimental del ejemplo 5 se basa en la norma de "formación de espuma": SHASE-S 218 de la Sociedad de Calentamiento, Aire acondicionado e Ingenieros sanitarios de Japón. Específicamente, se preparó agua diluida diluyendo 1,5 g de jabón puro con 200 ml de agua, y se mezclaron 1 ml del agua diluida y 9 ml de agua tratada que iba a ser tratada y se colocaron dentro de un cilindro de medición, como 10 ml de agua de evaluación. Para el jabón puro se usó COW BRAND Soap Red Box a1 (Cow Brand Soap Kyoshinsha Co.,Ltd.), y se usó agua destilada de Autostill WG221) (Yamato Scientific Co., Ltd.) para 200 ml de agua. Se agitó el cilindro de medición 50 veces, y después de 1 minuto se midió la altura de la espuma desde la superficie del agua.

En el Ejemplo 5 experimental, se ejecutó el mismo experimento con tres tipos de agua, es decir, agua dura, agua municipal, y agua pura, adicionalmente al agua de muestra tratada mediante el dispositivo 50. Las durezas de estas aguas y el agua de muestra son como sigue.

Dureza de agua dura: total dureza 300 mg/l, dureza de Ca 200 mg/l, Mg dureza 100 mg/l

Dureza de agua municipal: total dureza 72 mg/l, dureza de Ca 49 mg/l, Mg dureza 23 mg/l

Dureza de agua pura: total dureza 0 mg/l, dureza de Ca 0 mg/l, Mg dureza 0 mg/l

Dureza de agua de muestra: total dureza 118 mg/l, dureza de Ca 21 mg/l, Mg dureza 97 mg/l

En la Fig. 16 se muestran los resultados experimentales del Ejemplo 5 experimental. En la Fig. 16, el eje horizontal representa el tipo de agua, y el eje vertical representa la altura (mm) de la espuma que se extiende desde la superficie del agua de evaluación. El eje vertical representa la formación de espuma y el poder de formación de espuma.

Como se muestra en la Fig. 16, mientras el "agua dura" tenía las más altas dureza de Ca y dureza de Mg, y mostraba poca formación de espuma cercana a 0, el "agua municipal", el "agua de muestra", y el "agua pura" mostraron aproximadamente los mismos niveles de altura de la formación de espuma. Por ello, el "agua de muestra" tratada usando el dispositivo 50 está mejorada en términos de formación de espuma, en comparación con el agua dura antes del tratamiento, y logra la formación de espuma cercana a la de "agua municipal" y el "agua pura". Esto demuestra que la formación de espuma puede ser mejorada retirando los iones metálicos del agua dura con el procedimiento de las realizaciones y que la formación de espuma puede ser lograda al mismo nivel del agua municipal y el agua pura, que son aguas blandas.

Comparando los resultados mostrados en la Fig. 16 con los valores específicos de la dureza, cuando la dureza de Ca es menor, la formación de espuma se torna mayor. Esto revela que el valor de la dureza de Ca, más que la dureza de Mg, es un parámetro dominante que tiene una influencia directa en la formación de espuma.

(Ejemplo 6 experimental)

En el Ejemplo 6 experimental, el agua tratada (agua dura) es tratada usando el mismo dispositivo 50 (Fig. 11) de los ejemplos 2-4, para comparar la tasa de cristalización del agua de muestra tratada.

En el Ejemplo 6 experimental, se compararon las diferencias en la tasa de cristalización entre el caso del uso de microburbujas, que son burbujas finas, y el caso del uso de miliburbujas, que no son burbujas finas. Específicamente, en el dispositivo 50 mostrado en la Fig. 11, se ejecutó un experimento de dos patrones usando la parte 80 de generación de burbuja fina como es para generar microburbujas, y usando otra sección de generación de burbujas (no mostrado) en lugar de la parte 80 de generación de burbuja fina, para generar miliburbujas.

En el Ejemplo 6 experimental, a diferencia de los Ejemplos 2 a 4 experimentales, se generaron las burbujas a partir de un gas individual de ozono en lugar del gas mixto. Específicamente, en el dispositivo 50 mostrado en la Fig. 11, se usó una fuente de suministro de ozono ( no mostrada), en lugar de la fuente 72 de suministro de amoníaco y la fuente 74 de suministro de nitrógeno. Como se describió en el Ejemplo 3 experimental, el gas ozono es gas donador de ion hidroxilo.

Las condiciones experimentales del Ejemplo 6 experimental son como sigue.

Tipo de agua tratada (común): agua 1 dura

Tasa de flujo de agua tratada (común): 12 l/min

Volumen de agua almacenada en el tanque 54 de tratamiento (común): 9 l

Tasa de flujo de gas ozono (común): 0,12 l/min

Promedio de diámetro de burbuja de microburbujas: 56 pm

Promedio de diámetro de burbuja de miliburbujas: 1.021 pm

Objetos de medición de agua de muestra (común): dureza de Ca (mg/l), total dureza (mg/l)

En las Figs. 17Ay 17B se muestran los resultados experimentales del Ejemplo 6 experimental.

En la Fig. 17A, el eje horizontal representa el tiempo (minutos), y el eje vertical representa la tasa de cristalización (%) de la dureza de Ca. En la Fig. 17B, el eje horizontal representa el tiempo (minutos), y el eje vertical representa la tasa de cristalización (%) de la total dureza.

Como se muestra en las Figs. 17A y 17B, puede verse que las microburbujas logran mejores tasas de cristalización que las miliburbujas para la dureza de Ca y la total dureza. Por ello, la tasa de cristalización es mayor en el caso del uso de las microburbujas, que son las burbujas finas, en comparación con el caso del uso de las miliburbujas, que no son las burbujas finas, y esto demuestra el efecto de cristalización del ion metálico de las burbujas finas.

La presente divulgación no está limitada a las realizaciones descritas anteriormente y puede ser implementada en otras formas diferentes. Por ejemplo, en la descripción anterior, se usan aire o nitrógeno como el gas de remoción de ion en el tratamiento de ablandamiento; sin embargo, la presente divulgación no está limitada a ello. Puede usarse otro gas diferente al aire o nitrógeno, como el gas de remoción de ion.

En la descripción anterior, el dióxido de carbono es usado como el gas de disolución para el tratamiento de regeneración; sin embargo, la presente divulgación no está limitada a ello. De acuerdo con la invención, el gas de disolución puede ser seleccionado también de sulfuro de hidrógeno (H<2>S^H++HS-) o cloruro de hidrógeno (HCl^H++Cl-), que son gases que producen iones hidrógeno cuando se disuelven en agua.

En la descripción anterior, el gas de disolución es usado como un ejemplo del disolutor para el tratamiento de regeneración; sin embargo, la presente divulgación no está limitada a ello. Por ejemplo, como disolutor puede usarse un líquido ( líquido de disolución) que disuelve los cristales del componente metálico, aunque esto no caería dentro del alcance de la presente invención. Los ejemplos de tal líquido incluyen ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido cítrico y ácido ascórbico. Mediante el uso de tal líquido puede disminuirse el tamaño de la parte 8 de suministro de disolutor. Adicionalmente, puede reducirse la frecuencia de reemplazo del disolutor. Cuando como disolutor se usa un líquido, puede evitarse que el gas entre a la bomba P, y esto puede eliminar la necesidad de disponer la parte 8 de suministro de disolutor corriente abajo de la bomba P en la dirección de flujo del agua dura. Por ello, la parte 8 de suministro de disolutor puede estar dispuesta en la ruta de flujo de circulación constituida por la ruta 2 de flujo lateral primario, el aparato 3 de remoción de ion, el aparato 4 separador, y la ruta 12 de flujo de retorno. Incluso con esta configuración, el disolutor puede ser suministrado al aparato 4 separador para disolver los cristales que se adhieren al aparato 4 separador, para ejecutar el tratamiento de regeneración.

En la descripción anterior, solo las burbujas finas que contienen el gas de remoción de ion son suministradas al agua dura; sin embargo, la presente divulgación no está limitada a ello. Por ejemplo, puede suministrarse dentro del agua dura otro gas, adicionalmente a las burbujas finas que contienen el gas de remoción de ion. En este caso, el otro gas puede ser suministrado como burbujas finas dentro del agua dura o puede ser suministrado como burbujas ordinarias dentro del agua dura.

En la descripción anterior, las operaciones de apertura/cierre de la primera válvula 15A, la segunda válvula 15B, y la tercera válvula 15C, son controladas automáticamente por el controlador 6; sin embargo, la presente divulgación no está limitada a ello. Las operaciones de apertura/cierre de la primera válvula 15A, la segunda válvula 15B, y la tercera válvula 15C pueden ser ejecutadas manualmente.

En el caso descrito anteriormente, las burbujas finas usadas son obtenidas mediante mezcla de los dos tipos de gas, es decir, el primer gas que es un gas básico y el segundo gas que es un gas que tiene una propiedad de menor tasa de disolución en comparación con el primer gas; sin embargo, puede mezclarse otro gas adicionalmente a estos dos tipos de gas. Por ello, pueden usarse las burbujas finas de un gas mixto obtenido mediante mezcla de dos o más tipos de gases, incluyendo el primer gas y el segundo gas.

Se anota que pueden combinarse apropiadamente cualquiera de las diferentes realizaciones y modificaciones descritas anteriormente, para producir los efectos de las respectivas realizaciones.

Aunque la presente divulgación ha sido suficientemente descrita en términos de realizaciones preferentes con referencia a los dibujos acompañantes, para aquellos expertos en la técnica son evidentes diferentes modificaciones y correcciones. Se entendería que tales modificaciones y correcciones están incluidas en la presente divulgación, sin apartarse del alcance de la presente divulgación, de acuerdo con las reivindicaciones acompañantes. Pueden lograrse cambios en las combinaciones y orden de los elementos en las realizaciones, sin apartarse del alcance y la idea de la presente divulgación.

Aplicabilidad industrial

El sistema de remoción de ion de acuerdo con la presente divulgación es excelente en aptitud para el mantenimiento y propiedades ambientales, y es por ello útil tanto para un sistema doméstico de remoción de ion como para un sistema industrial de remoción de ion.

Lista de signos de referencia

1 sistema de remoción de ion

2 ruta de flujo lateral primario

3 aparato de remoción de ion

3A parte de almacenamiento de agua dura

3B parte de generación de burbuja fina

3C ruta de flujo de conexión

4 aparato separador

4A parte separadora

4Aa superficie circunferencial interior

4B parte de almacenamiento de cristales

4Ba ruta de flujo de descarga

5 ruta de flujo lateral secundario

6 controlador

7 parte de suministro de gas de remoción de ion

8 parte de suministro de disolutor

9 mecanismo de cambio de gas

10 válvula de apertura/cierre

11 mecanismo de prevención de flujo de retorno de descarga lateral

12 rutas de flujo de retorno

13 mecanismo de prevención de flujo de retorno de suministro lateral

14 rutas de flujo de derivación

15A primera válvula

15B segunda válvula

15C tercera válvula

20 aparato

21 agua dura

22 tanque de agua

22a superficie de fondo

22b superficie de agua

24 parte de suministro de gas

25 primera tubería

26 parte de generación de burbuja fina

27 segunda tubería

28 bomba

30 primera parte de toma de agua

32 segunda parte de toma de agua

34 detector de concentración de ion metálico

40 burbujas finas

42 cristales

D1 distancia de la primera parte de toma de agua a la segunda parte de toma de agua 50 aparato

52 parte de suministro de gas mixto

54 tanque de tratamiento

56 primera tubería

58 segunda tubería

60 válvula de muestreo de agua

62 dispositivo de toma de muestra de agua

64 tanque de almacenamiento de agua

66 bomba

68 válvula de ajuste de tasa de flujo

70 medidor de flujo

72 fuente de suministro de amoníaco

74 fuente de suministro de nitrógeno

76 válvula de ajuste de relación de mezcla

78 tubería de suministro

80 parte de generación de burbuja fina

82 agua tratada

84 cristales

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (1) de remoción de ion que comprende:

un aparato (3) de remoción de ion que comprende una parte (3A) de almacenamiento de agua dura que almacena agua dura y una parte (3B) de generación de burbuja fina que está configurada para generar y suministrar burbujas finas a la parte (3A) de almacenamiento de agua dura, causando que las burbujas finas adsorban iones metálicos en el agua dura en la parte (3A) de almacenamiento de agua dura, para retirar los iones metálicos del agua dura, una ruta (2) de flujo lateral primario conectada con el aparato (3) de remoción de ion, que está configurada para suministrar el agua dura al aparato (3) de remoción de ion,

un aparato (4) separador conectado con el aparato (3) de remoción de ion, el cual está configurado para separar cristales de un componente metálico, depositados mediante cristalización de los iones metálicos retirados del agua dura por el aparato (3) de remoción de ion,

una parte (8) de suministro de disolutor que está configurada para suministrar un disolutor para disolver los cristales a un lado corriente arriba en una dirección de flujo del agua dura, respecto al aparato (4) separador, y

una ruta (5) de flujo lateral secundario conectada con el aparato (4) separador, que está configurada para sacar del aparato (4) separador, agua tratada obtenida por separación de los cristales, en la que

la ruta (2) de flujo lateral primario está equipada con un mecanismo (13) de prevención de flujo de retorno de suministro lateral,

las burbujas finas comprenden burbujas que tienen un diámetro de 100 pm o menos en una proporción de 90 % o más,

la parte (3B) de generación de burbuja fina está configurada para generar las burbujas finas con un gas de mezcla de un primer gas y un segundo gas,

el gas de mezcla es el gas de remoción de ion para retirar iones metálicos en el agua dura, el primer gas es un gas donador de ion hidroxilo, configurado para reaccionar con agua para donar iones hidroxilo,

el segundo gas tiene una menor velocidad de solución que el primer gas,

el aparato (4) separador es un aparato separador centrífugo de tipo ciclón que tiene una superficie (4Aa) circunferencial interior ahusada con un diámetro que disminuye hacia abajo, que está configurado para causar que el agua dura fluya en espiral hacia abajo a lo largo de la superficie (4Aa) circunferencial interior, de modo que se separan los cristales del componente metálico,

la parte (8) de suministro de disolutor está configurada para suministrar como un disolutor el gas de disolución para disolver los cristales, a la parte (3B) de generación de burbuja fina,

en la que el gas de disolución es dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno o cloruro de hidrógeno, que son un gas que produce iones hidrógeno cuando se disuelven en agua, y

en la que la parte (3B) de generación de burbuja fina está equipada con un mecanismo (9) de cambio de gas que está configurado para suministrar bien sea el gas de remoción de ion o el gas de disolución.

2. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una ruta (12) de flujo de retorno conectada con el aparato (4) separador y la ruta (2) de flujo lateral primario, que está configurada para retornar una porción del agua tratada a la ruta (2) de flujo lateral primario, en la que

el mecanismo (13) de prevención de flujo de retorno de suministro lateral está dispuesto sobre la ruta (2) de flujo lateral primario corriente arriba de la ruta (12) de flujo de retorno en la dirección de flujo del agua dura.

3. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con las reivindicaciones1 o 2, que comprende además

una ruta (14) de flujo de derivación que conecta la ruta (2) de flujo lateral primario y la ruta (5) de flujo lateral secundario, y

un mecanismo (15A, 15B, 15C) de cambio de flujo que está configurado para cambiar una dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta (2) de flujo lateral primario, bien sea al aparato (3) de remoción de ion o a la ruta (14) de flujo de derivación, en la que

el mecanismo (13) de prevención de flujo de retorno de suministro lateral está dispuesto sobre la ruta (2) de flujo lateral primario corriente arriba de la ruta (14) de flujo de derivación, en la dirección de flujo del agua dura.

4. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el aparato (4) separador comprende una ruta (4Ba) de flujo de descarga que está configurada para descargar los cristales, y la ruta (4Ba) de flujo de descarga puede estar equipada con un mecanismo (11) de prevención de flujo de retorno de descarga lateral.

5. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la ruta (14) de flujo de derivación que conecta la ruta (2) de flujo lateral primario y la ruta (5) de flujo lateral secundario, y el mecanismo (15A, 15B, 15C) de cambio de flujo que está configurado para cambiar una dirección de flujo del agua dura que fluye a través de la ruta (2) de flujo lateral primario, bien sea al aparato (3) de remoción de ion o la ruta (14) de flujo de derivación.

6. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 5, en el que

el mecanismo (15A, 15B, 15C) de cambio de flujo comprende una primera válvula (15A) que está configurada para abrir y cerrar la ruta (2) de flujo lateral primario, una segunda válvula (15B) que está configurada para abrir y cerrar la ruta (5) de flujo lateral secundario, y una tercera válvula (15C) que está configurada para abrir y cerrar la ruta (14) de flujo de derivación.

7. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende además un controlador (6) que está configurado para controlar las operaciones de apertura/cierre de la primera válvula (15A), la segunda válvula (15B), y la tercera válvula (15C), en la que

el controlador (6) está configurado para suministrar selectivamente un primer control de apertura de la primera válvula (15A) y la segunda válvula (15C) y cierre de la tercera válvula (15C), y un segundo control de cierre de la primera válvula (15A) y la segunda válvula (15B) y apertura de la tercera válvula (15C).

8. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una ruta (12) de flujo de retorno conectada con el aparato (4) separador y la ruta (2) de flujo lateral primario, que está configurada para devolver una porción del agua tratada a la ruta (2) de flujo lateral primario.

9. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además una bomba (P) que está configurada para causar que el agua dura que fluye a través de la ruta (2) de flujo lateral primario, fluya a través del aparato (3) de remoción de ion al aparato (4) separador.

10. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9, en el que una ruta de flujo de circulación que es un sistema cerrado, está constituida por la ruta (2) de flujo lateral primario, el aparato (3) de remoción de ion, el aparato (4) separador, y la ruta (12) de flujo de retorno.

11. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que una porción (12a) terminal de la ruta (12) de flujo de retorno está abierta sobre un lado de eje central del aparato (4) separador.

12. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el aparato (3) de remoción de ion comprende una ruta (3C) de flujo de conexión, conectada con el aparato (4) separador bajo una porción (12a) terminal de la ruta (12) de flujo de retorno.

13. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una bomba (P) que está configurada para causar que el agua dura que fluye a través de la ruta (2) de flujo lateral primario, fluya a través del aparato (3) de remoción de ion al aparato (4) separador, en el que

la parte (3B) de generación de burbuja fina está dispuesta corriente abajo de la bomba (P) en la dirección de flujo del agua dura.

14. El sistema (1) de remoción de ion de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una ruta (12) de flujo de retorno conectada con el aparato (4) separador, que está configurada para retornar una porción del agua tratada a la ruta (2) de flujo lateral primario; en la que

una ruta de flujo de circulación está constituida por la ruta (2) de flujo lateral primario, el aparato (3) de remoción de ion, el aparato (4) separador, y la ruta (12) de flujo de retorno; y

la parte (8) de suministro de disolutor está dispuesta para suministrar el disolutor dentro de la ruta de flujo de circulación.