JP2019502547A - イオン濃度を操作してイオン交換効率を最大化するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

イオン濃度を操作してイオン交換媒体の性能を最大化する方法が本明細書に開示される。第１に、ナノフィルタ、逆浸透膜、又は蒸発器／晶析装置などのイオン濃縮器を通過するよう液体源が送られる。イオン濃縮器は、液体源を濃縮流と透過流とに分離し、ここで透過流に含まれるイオンの濃度は、濃縮流より低い。濃縮流、及び／又は透過流（入力流）は、次いでイオン交換容器を通過するよう送られ得る。イオン交換容器は、入力流を受容し、容器内のイオン交換媒体と入力流との間のイオン交換を可能にし、入力流よりイオンの濃度が低い液体を出力する。
【選択図】 図８

Description

発明の詳細な説明

［関連出願の相互参照］
[0001]以下の開示は、２０１６年１月２５日に出願された、「イオン濃度を操作してイオン交換材料の効率を最大化するシステム及び方法（ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ ＯＦ ＩＯＮ ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＭＡＸＩＭＩＺＥ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＯＦ ＩＯＮ ＥＸＣＨＡＮＧＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」と題され、その全てが参照により本明細書に援用され、且つ本出願が優先権も主張する米国特許仮出願第６２／２８６，９２７号、その全てが参照により本明細書に援用される、２０１５年６月２４日に出願され、優先日が２０１４年６月２４日の同時係属中の出願「有害な放射性同位体除去のための移動式処理システム（ＭＯＢＩＬＥ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＨＡＺＡＲＤＯＵＳ ＡＮＤ ＲＡＤＩＯＡＣＴＩＶＥ ＩＳＯＴＯＰＥ ＲＥＭＯＶＡＬ）」、特許出願第１４／７４８，５３５号、その全てが参照により本明細書に援用される、２０１６年４月２２日に出願され、優先日が２０１５年４月２４日の同時係属中の特許出願「原子炉水処理システムのためのらせん状スクリュー型イオン交換乾燥ユニット（ＨＥＬＩＣＡＬ ＳＣＲＥＷ ＩＯＮ ＥＸＣＨＡＮＧＥ ＡＮＤ ＤＥＳＩＣＣＡＴＩＯＮ ＵＮＩＴ ＦＯＲ ＮＵＣＬＥＡＲ ＷＡＴＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭＳ）」、特許出願第１５／１３６，６００号、その全てが参照により本明細書に援用される、２０１６年２月１日に出願され、優先日が２０１５年２月１日の同時係属中の特許出願「ガラス化のための容器からのＩＳＭ媒体の除去（ＩＳＭ ＭＥＤＩＡ ＲＥＭＯＶＡＬ ＦＲＯＭ ＶＥＳＳＥＬ ＦＯＲ ＶＩＴＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ）」、特許出願第１５／０１２，１０１号、及びその全てが参照により本明細書に援用される、２０１６年６月２日に出願され、優先日が２０１５年１０月９日の同時係属中の出願「放射性廃棄物からトリチウムを分離するための高度トリチウムシステム及び高度透過システム（ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＴＲＩＴＩＵＭ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＰＥＲＭＥＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＲＩＴＩＵＭ ＦＲＯＭ ＲＡＤＩＯＡＣＴＩＶＥ ＷＡＳＴＥＳ）」、特許出願第１５／１７１，１８３号に関する。

［発明の技術分野］
[0002]本開示は、一般的には、イオン濃度を操作してイオン交換システム及びイオン交換処理の性能を動的に管理することに関する。

［背景］
[0003]既存の移動式水処理システムの多くは、特定の１つの処理のみ、又は単一の可搬モジュール内の複数の処理からなる。水の浄化が必要とされる現場は、それらの特定の要件、地形、及び立地において多様である。自然災害、テロリストによる攻撃、及び機能障害は、環境への被害、及び現場の周囲地域に住む人々への悪影響全体を軽減するため、迅速な措置の配備を必要とすることが多い。現在の水浄化システムは、この課題を遂行するために十分ではない。イオン濃度の操作及びイオン交換効率の最大化にも利用可能な、高い移動性があり、運搬が容易で、拡張可能な、モジュール式で、容易に配備可能（現場の立地、地形、及び浄化要件に依存し、多くは２４時間以内に）、且つ費用効率の良いシステムが必要とされる。このシステムは、様々な浄化要件に対し高い適合性を有し得、効率を最大化するよう拡張可能であり得、且つ安全基準内の水の出力だけでなく、除去された汚染物質の最終廃棄基準への処理を含む浄化における需要を全て遂行するモジュール式システムであり得る。

[0004]詳細な明細書の複雑さ及び長さを低減するため、且つ特定の技術分野における技術水準を十分に確立するため、（一人又は複数の）出願人は、以下に特定される下記の公報の全てを、参照により本明細書に明示的に援用する。（一人又は複数の）出願人は、援用されるいかなる資料も遡及する権利を明示的に留保する。

[0005]２０１６年１月２５日に出願された、「イオン濃度を操作してイオン交換材料の効率を最大化するシステム及び方法（ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＮＩＰＵＬＡＴＩＯＮ ＯＦ ＩＯＮ ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ ＴＯ ＭＡＸＩＭＩＺＥ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＯＦ ＩＯＮ ＥＸＣＨＡＮＧＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」と題され、その全てが参照により本明細書に援用され、且つ本出願が優先権も主張する米国特許仮出願第６２／２８６，９２７号。

[0006]その全てが参照により本明細書に援用される、２０１５年６月２４日に出願され、優先日が２０１４年６月２４日の特許出願第１４／７４８，５３５号、「有害な放射性同位体除去のための移動式処理システム（Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ ａｎｄ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）」。

[0007]その全てが参照により本明細書に援用される、２０１６年４月２２日に出願され、優先日が２０１５年４月２４日の特許出願第１５／１３６，６００号、「原子炉水処理システムのためのらせん状スクリュー型イオン交換乾燥ユニット（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｓｃｒｅｗ Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ ａｎｄ Ｄｅｓｉｃｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」。

[0008]その全てが参照により本明細書に援用される、２０１６年２月１日に出願され、優先日が２０１５年２月１日の特許出願第１５／０１２，１０１号、「ガラス化のための容器からのＩＳＭ媒体の除去（ＩＳＭ Ｍｅｄｉａ Ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ Ｖｅｓｓｅｌ ｆｏｒ Ｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」。

[0009]その全てが参照により本明細書に援用される、２０１６年６月２日に出願され、優先日が２０１５年１０月９日の特許出願第１５／１７１，１８３号、「放射性廃棄物からトリチウムを分離するための高度トリチウムシステム及び高度透過システム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｒｉｔｉｕｍ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒｉｔｉｕｍ ｆｒｏｍ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｗａｓｔｅｓ）」。

[0010]（一人又は複数の）出願人は、上記の援用される資料が、本発明の背景を示す目的又は技術水準を例示する目的で参照される資料であるため、３７ＣＦＲ１．５７に基づく「非本質的」事項であると考える。しかし、審査官が、上記の援用される資料の何れかが、３７ＣＦＲ１．５７（ｃ）（１）〜（３）の意味における「本質的事項」を構成すると考える場合、（一人又は複数の）出願人は、適用される規則によって許容される通り、参照により援用される本質的事項を明示的に記載するよう明細書を補正する。

[0011]本明細書に提示される態様、及び適用が、図面、及び詳細な説明において以下に記載される。特に明記されない限り、明細書、及び特許請求の範囲における単語、及び句は、適用される技術分野の当業者にとって明白で、通常の、且つ常用されるそれらの意味が与えられるよう意図される。本発明者らは、必要に応じて、本発明者ら自身の辞書編集者になり得ることを十分に認識している。発明者らは、本発明者ら自身の辞書編集者として、明細書、及び特許請求の範囲において、用語の明白な通常の意味のみを使用することを明確に選択するが、別段に明記し、その後さらに、その用語の「特別な」定義を明確に記載し、且つ明白な通常の意味とどう異なるかを説明する場合はこの限りではない。そのような「特別な」定義を適用する意図の明確な記述がない場合、明細書、及び特許請求の範囲の解釈に用語の単純で明白な通常の意味が適用されることを発明者らは意図、及び要望する。

[0012]発明者らは、英文法の通常の規則も認識している。したがって、名詞、用語、又は句が、何らかの形でさらに特徴付けられ、特定され、又は狭められるよう意図される場合、そのような名詞、用語、又は句は、英文法の通常の規則に従い、追加の形容詞、記述用語、又は他の修飾語を明示的に含む。そのような形容詞、記述用語、又は修飾語が使用されない場合、そのような名詞、用語、又は句は、上記のように、適用される技術分野の当業者にとって明白で、通常の英語におけるそれらの意味が与えられるよう意図される。

[0013]さらに、発明者らは、米国特許法第１１２条、第６段落の特別規定の基準、及び適用に十分に通じている。したがって、詳細な説明、又は図面の説明、又は特許請求の範囲における「機能」、「手段」、又は「ステップ」という単語の使用は、米国特許法第１１２条、第６段落の特別規定を何らかの形で行使し、本明細書に開示されるシステム、方法、工程、及び／又は装置を規定する要望を示すことを意図するものではない。それとは反対に、米国特許法第１１２条、第６段落の規定を行使し、実施形態を規定することが求められる場合、特許請求の範囲は、「のための手段」、又は「のためのステップ」という正確な句を具体的、且つ明示的に記述し、「機能」という単語も記載し（すなわち、「・・・の機能を実行するための手段」と記述する）、そのような句の中で機能を裏付ける何らかの構造、材料、又は動作を記載することもしない。したがって、特許請求の範囲が、「・・・の機能を実行するための手段」、又は「・・・の機能を実行するためのステップ」と記載する場合でも、特許請求の範囲が、その手段、又はステップを裏付ける何らかの構造、材料、若しくは動作、又は記載される機能を実行する何らかの構造、材料、若しくは動作も記載する場合、米国特許法第１１２条、第６段落の規定を行使しないことが、発明者らの明確な意図である。さらに、米国特許法第１１２条、第６段落の規定が行使され、請求項に係る実施形態を規定する場合であっても、実施形態は、好ましい実施形態に記載される特定の構造、材料、又は動作のみに限定されるものではなく、また一方で、代替的な実施形態、又は形態で説明されるように、請求項に係る機能を実行するあらゆる全ての構造、材料、若しくは動作、又は請求項に係る機能を実行するための、周知である既存の若しくは今後開発される、等価な構造、材料、若しくは動作を含むよう意図される。

[0014]以下の例示的な図面と関連付けて考慮すると、詳細な説明を参照することによって、本明細書に開示されるシステム、方法、工程、及び／又は装置のより完全な理解を導き出すことができる。図面において、同様の参照番号は、図面全体に亘って同様の要素、又は動作を示す。

典型的な破過曲線を図示する図である。 濃縮ステップを用いない場合の、流入イオン濃度と媒体容量との間の関係を図示するグラフである。 液体中の全てのイオンが等しく濃縮されるときの、濃縮ステップを用いる場合及び用いない場合の、流入イオン濃度、及び媒体容量を図示する図である。 濃縮ステップを用いる場合及び用いない場合の、流入イオン濃度と媒体容量との間の比較を示すグラフであり、ここで濃縮ステップの結果、１つのイオンの濃度は、液体中の他のイオンと比較してより高くなる。 図３Ｂのグラフであり、ここで濃縮ステップは、媒体容量も増加させる。 濃縮ステップがイオン交換（ＩＸ）媒体へ向かうイオンを増加させるにつれて最大容量を達成する曲線の動きを図示する図である。 典型的なナノフィルタを図示する図である。 ５つの個別のスキッドを含む移動式処理システム（ＭＰＳ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の実施形態の例の等角図である。 図６の実施形態の例の平面図である。 ＭＰＳスキッドの構成例を図示する図である。 ナノろ過スキッドを追加した図８のＭＰＳの構成を図示する図である。 透過流を処理するためのＩＳＭスキッドを追加した図９のＭＰＳの構成を図示する図である。 透過液回収タンク及び濃縮液回収タンクを含む、考えられる２つの貯蔵構成を図示する図である。 ナノろ過ステップの実施形態を図示する図である。 流速及びタンク容量の例と共に図１２Ａの実施形態を図示する図である。 沈殿処理を含む実施形態を図示する図である。 金属水酸化物沈殿処理を含む実施形態を図示する図である。

図における要素及び動作は、簡略化のために例示され、必ずしも何れかの特定のシーケンス、又は実施形態に従うとは限らない。

［説明］
[0033]以下の記載において、説明する目的で、多数の具体的な詳細、処理時間、及び／又は具体的な式の値は、典型的な実施形態の様々な態様に対する完全な理解を提供するために記載される。しかし、当業者は、本明細書における装置、システム、及び方法は、これらの具体的な詳細、処理時間、及び／又は具体的な式の値を用いることなく実施され得ることを理解するであろう。他の実施形態が利用されてもよく、本明細書における装置、システム、及び方法の範囲から逸脱することなく、構造的、及び機能的変更がなされてもよいことが理解される。他の例において、既知の構造、及びデバイスは、典型的な実施形態を不明瞭にすることを避けるために、より一般的に示されるか、又は検討される。多くの場合において、操作の記載は、特に操作がソフトウェアで実施される場合、様々な形態を実施可能とするのに十分である。開示される実施形態が適用され得る、異なる代替の構成、デバイス、及び技術が多数存在することに留意すべきである。実施形態の全範囲は、以下に説明される例に限定されない。

[0034]以下に例示される実施形態の例において、その一部を構成する図面であって、本明細書に開示されるシステム、方法、工程、及び／又は装置が実施され得る様々な実施形態が例として示される添付の図面が参照される。他の実施形態が利用されてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく、構造的、及び機能的変更がなされてもよいことが理解される。

（イオン交換及びイオン濃縮の概要）
[0035]溶液中の特定のイオンが媒体中にない場合、一定の割合のイオンが材料に侵入し、平衡を生じさせる原動力が存在するなどのように、イオン交換（ＩＸ）材料は、溶液中のイオンと媒体中のイオンとの間の平衡条件に影響する。

[0036]イオン交換材料のイオンに対する容量は変動し、材料中の所与のイオンに対する空間が限られることを意味する。操作中のこの変動する容量は、「有効容量」と称することができ、材料の理論容量に近づくべきである。全てのＩＸ媒体は、材料が他のイオン（例えば、Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｃｌ⁻等）と接触する際に交換される、（Ｈ^＋）、又は（ＯＨ⁻）などの対イオンを含有する。交換の程度は、材料自体、溶液の物理的条件、及び溶液中のイオンの濃度と関連する。ＩＸ媒体とあらゆる所与のイオンＸの間の平衡は、そのイオン（Ｘ）の溶液中の濃度、及びＩＸサイトをイオン（Ｘ）と競合し得る他のイオンに依存する。溶液中のＸの濃度が低い場合、平衡力は弱く、媒体容量は最大理論容量よりも低くなる。溶液中に他のイオンが存在する場合、質量作用によってイオンＸの媒体への運搬が促進され得るか、又は他のイオン（Ｙ、Ｚ等）がＸとサイトを競合することがある。

[0037]ナノろ過、逆浸透、及び蒸発などの濃縮技術の使用により、イオンＸの総濃度は増加する。イオンＸの総濃度の増加は、ＸをＩＸ材料に吸着させる駆動力を高め、媒体の「有効容量」をより理論容量に近づける。いくつかの実施形態において、イオン交換前に濃縮ステップを追加することにより、イオン交換媒体の反応速度が上昇し、その結果、処理時間の減少によって媒体の機能効率が高まる。ナノフィルタ手段に関し、ナノフィルタの選択性が他のイオン（又は、イオン群）に対し１つのイオン（又は、イオン群）を濃縮するよう、化学物質が添加され得る。例えば、いくつかの実施形態において、ナトリウム濃度を変化させずに、濃縮流中のストロンチウム濃度を４倍に増加させることができる。イオンＹに対するイオンＸの比は、Ｙによる相対的競合が減少することによって平衡を達成させる駆動力が増大するよう、増加し得る。逆浸透系に関し、濃度は、他の方法を用いて制御することができるが、一般的に、全てのイオンの濃度は、同一の因子によって増加し得る。これによって、より良好なＹに対するＸの比はもたらされないが、質量作用による平衡系における全体のイオン駆動力がもたらされる。蒸発法は、逆浸透システムと同様の様式で働く。

[0038]この構想は、イオンを含有する溶液のあらゆる処理であって、吸着材料（ＩＸ、吸着、又は吸収材料）が使用される処理に適用することができる。吸着又は吸収材料は、同様の様式であるが、異なる機構で働き得る。この構想は、主に、標的イオン、又は標的種の材料への負荷を最適化するため、且つ廃棄物全体の生成を低減するために使用される。いくつかの実施形態において、媒体の性能は、生じる廃棄物の量によって決定され、ここでより少量の廃棄物は、より良好な性能を示す。

（破過曲線）
[0039]図１は、典型的な破過曲線を図示し、破過曲線は、図示されるような時間（ｔ）、又は体積（ｖ）に対して、初期濃度（Ｃ_０）（流入液）で除された最終濃度（Ｃ）（流出液）としてプロットされる。これは、濃度に対して正規化されたイオンを表す。破過曲線の傾きは、利用可能な吸着床の容量の程度を決定する。したがって、曲線の形状は、吸着床の長さの決定に役立つ。曲線が時間（ｔ）に対してプロットされる場合、より急な勾配は、より速い反応を示唆し、機能効率の向上を示す。機能効率の向上により、より大きな体積を、より短時間で処理することができる。

[0040]図２は、イオン濃度と媒体容量との間の関係を図示する。カラム方式又はバッチ方式におけるイオン交換媒体の性能は、溶液中の総イオン濃度、分離されるイオン、及び当該イオンと競合する他のイオンに依存する。イオン交換媒体は、特定の条件下でのみ達成され得る最大理論容量（ｍ_ｅｑ／ｇ、又はｍ_ｅｑ／Ｌで規定される）も有する。イオン間の競合に起因し、通常の操作条件においてこの容量が達成されることはまれであり、これが媒体の「アクティブな」容量である考えられる。吸着等温モデルに基づき、媒体の最大容量は、標的イオンの濃度が高い場合に達成され得、濃度が低い場合、総容量は減少する。これらの事実を踏まえ、媒体の「アクティブな」容量を増加させるために濃縮技術が利用され得る。

[0041]溶液中のイオンの濃縮に使用され得る技術として、ナノろ過、逆浸透、及び蒸発／晶析の少なくとも３つの技術が存在する。これらの各技術において、溶液全体の一部分としてイオンが濃縮される濃縮流、及びイオン濃度が著しく低下した透過流又は排出流が存在する。濃縮流は、処理後のより高濃度のイオンを含有する液体の部分である。ナノろ過、及び逆浸透において、濃縮流は、膜を通過しない液体の部分である。蒸発において、濃縮流は、気化しない液体の部分である。透過流は、より低濃度のイオンを処理後に含有する液体部分である。ナノろ過、及び逆浸透において、透過流は、膜を通過する液体部分である。蒸発において、透過流は、気化する液体部分である。ここで使用される「透過液」とは、具体的には、１つ又は複数のイオン濃縮技術によって生じる透過流を意味する。

[0042]イオン濃度の操作は、媒体への取り込みを最大化するために使用され得る。多価イオンの濃度を陽イオン媒体で増加させるために、１つ又は複数のイオン濃縮技術を使用することにより、その性能が向上する。図３Ａ〜図３Ｃは、イオン濃度と関連させた媒体の容量、及び濃縮ステップを使用する場合と、濃縮ステップを用いない場合の間の差異をグラフにより図示する。図３Ａは、液体中の全てのイオンが等しく濃縮されるときの、濃縮ステップを用いる場合及び用いない場合の、媒体の容量に対する流入イオンの濃度を示すグラフである。図３Ｂは、濃縮ステップを用いる場合及び用いない場合の、流入イオンの濃度と媒体の容量との間の比較を示すグラフであり、ここで濃縮ステップの結果、１つのイオンの濃度は、液体中の他のイオンと比較してより高くなる。図３Ｃは、図３Ｂのグラフであり、ここで濃縮ステップは、さらに媒体の容量も増加させる。第１の一連のイオンＸがＡ倍に濃縮され、且つ第２の一連のイオンＹが異なる一連の倍数Ｂに濃縮される場合（ここでＢは、Ａよりも少ない）、Ｘを保持する媒体の有効容量は、増加する。図４は、媒体の最大容量を達成する曲線の上方への動きを示し、濃縮ステップは、イオン交換（ＩＸ）媒体へ向かうイオンを増加させる。

（ナノろ過）
[0043]いくつかの実施形態において、ナノフィルタ調整ステップが使用され、１つ又は複数の選択標的種（例えば、特にマグネシウム、カルシウム、及びストロンチウム）の濃度を増加させ、イオン交換媒体の利用を改善する。図５は、典型的なナノフィルタの等角図を示す。ナノろ過は、０．１〜１０ナノメートルの典型的な細孔径を有する膜を通した拡散を利用する分離処理である。逆浸透膜と異なり、ナノフィルタ膜は、より低い圧力で機能し、大きさに基づき選択的に溶質を除去する。膜の両面の圧力差は、ナノろ過処理を促進する。

[0044]ナノフィルタの適用により、１価の種を透過流へ移動させると同時に、標的種（例えば、マグネシウム、カルシウム、及びストロンチウム）の濃度がより高い濃縮流が生じる。いくつかの実施形態において、媒体負荷容量は、選択標的種の濃度が増加するにつれて増加する。濃縮流組成物の予備試験は、１価のイオンに対する多価イオンの比の減少に由来する負荷容量における顕著な差を示さなかった。

[0045]表１は、実施形態の例を説明する予備分析結果を示し、ここでイオン交換媒体負荷容量は、マグネシウム濃度と関連する。マグネシウム濃度が増加するにつれて、負荷容量も増加する。同様の効果は、特にカルシウム、及びストロンチウムなどの他の標的種についても得ることができる。

[0046]いくつかの実施形態において、ナノフィルタは、５：３：２チューブアレイである。いくつかの実施形態において、ナノフィルタ素子は、直径が８インチ、長さが４０インチである。いくつかの実施形態において、チューブ１本当たり６つの素子が存在する。いくつかの実施形態において、チューブの長さは、２１フィートであってもよい。いくつかの実施形態において、ナノフィルタスキッドは、３段階のアレイ、及び関連装備を含み、単一筐体内に収容されてもよい。他の構成が可能であり、検討される。

[0047]いくつかの実施形態において、２つ以上のナノフィルタ、又はナノフィルタのアレイが使用されてもよく、ここで各ナノフィルタ、又はナノフィルタのアレイは、液体中の特定の標的種を濃縮するよう実装され得る。いくつかの実施形態において、１つ又は複数のナノフィルタ、又はナノフィルタアレイは、１つ又は複数の移動式スキッドに取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、１つ又は複数のナノフィルタスキッドが使用されてもよく、ここで各スキッドは、１つ又は複数のナノフィルタを収容してもよく、各スキッドは、液体中の特定の標的種を濃縮するよう操作可能である。いくつかの実施形態において、１つのナノフィルタスキッドが使用されてもよく、ここでナノフィルタスキッドは、それぞれが液体中の異なる標的種を濃縮するよう操作可能である、１つ又は複数のナノフィルタを含む。

[0048]ナノフィルタ膜の推定寿命に関し、（明確で、且つ均一な、入口における液体源の化学組成を必要とする）適切に設計されたシステムは、洗浄することなく、何年も機能し得る。検討される態様として、膜の流束を許容可能な範囲内に維持し、濃縮側の流れを許容範囲内に維持し、且つ管理される液体の化学組成を維持し、固形物の形成を最小化することが挙げられる。通常、液体の化学組成の予期せぬ変化に対処するため、その場洗浄システムがナノフィルタに備えられてもよい。洗浄に必要とされる特定の化学物質は、液体の化学組成において推定されるスパイク、及び付着が生じ得るスケールの種類に依存し得る。

[0049]維持管理を必要とし得る他の可能性のある状況は、ナノフィルタ膜に巻き込まれ得る浮遊固形物の存在である。この状況への対策として、流入流に対するインラインカートリッジフィルタが一般的である。他のろ過システムも利用され得る。ある実施形態について顕著な浮遊固形物が予想された場合、１つ又は複数の固形物除去フィルタ（ＳＲＦ：ｓｏｌｉｄ ｒｅｍｏｖａｌ ｆｉｌｔｅｒ）を含む、１つ又は複数の固形物除去スキッド２２０（図８）が使用され、処理液体中の浮遊固形物を低減、又は除去し得る。膜における固形物の蓄積は、膜の濃縮側において許容可能な流速を維持するよう化学組成を制御し、且つシステムを設計することによって最小化され得る。

（逆浸透）
[0050]いくつかの実施形態において、逆浸透調整ステップが使用され、１つ又は複数の選択標的種（例えば、特にマグネシウム、カルシウム、及びストロンチウム）の濃度を増加させ、イオン交換媒体の利用を改善する。逆浸透は、砂、沈殿物、又は他の浮遊固形物などの粒状粒子、並びにその物理的大きさが溶媒よりも大きい分子化合物、及びイオンを分離することができる。逆浸透の適用は、水を透過流へ移動させると同時に、イオン（例えば、マグネシウム、カルシウム、及びストロンチウム）の濃度がより高い濃縮流を生じさせる。いくつかの実施形態において、媒体負荷容量は、処理液体中のイオン濃度が増加するにつれて増加する。

[0051]浸透は、圧力勾配の高い方から低い方へ濃度を変化させる水の自発的傾向である。例えば、１ガロンの塩水が１ガロンの希釈水と接続され、静置される場合、一定時間の後、双方のガロンは、等しい濃度の塩分を含有する。溶解分子は、濃度勾配の高い方から低い方へ相殺し、２つの等しい中間点の濃度をもたらす。逆浸透は、自然な浸透の逆を強制的に適用し、単一量の濃縮液を溶質と溶媒とに分離させる。当該処理は、通常、脱塩、及び飲料水のろ過に使用されるが、ほぼあらゆる液体処理操作に適用することができる。

[0052]いくつかの実施形態において、処理は、ポンプ、重力、可動板、又は力を印加するあらゆる他の手段などの外部の力を溶媒に使用し、半透膜に押し通すことによって達成され得る。半透膜は、溶質を裏側に残しつつ溶媒を通過させるのに十分に大きな孔、又は間隙を含む。上記で説明される実施形態の例において、塩分濃度が高い溶媒は、Ｈ_２Ｏ分子に対して十分大きいが、Ｎａ^＋又はＣｌ⁻イオンの通過を防ぐほど十分小さい孔を含む半透膜に押し通される。これらのイオンは、何れもＨ_２Ｏ分子より大きく、イオン濃度、又は存在する溶質の質量にかかわらず、あらゆる量を溶媒からろ過することができる。

（蒸発／晶析）
[0053]蒸発／晶析は、（溶解固形物を液体から除去する他の手段と対照的に）溶解固形物から液体を除去する処理手段である。液体の体積が減少する一方で、液体中のイオンの量が変化しないため、全体のイオン濃度は増加する。一般的に、蒸発／晶析システムは、固形物を含む溶液から液体を完全に除去するために実施されるが、本明細書に開示されるシステム、及び方法に対し、蒸発／晶析を使用して液体の体積を低減し、イオンの濃度がより高い溶液をもたらすことが有用である。先に説明したように、溶液中のイオンの濃度の増加は、イオン交換媒体の性能を高める。

[0054]実施形態は、蒸発／晶析系を利用して液体源の体積を低減し、ひいては液体中のイオン濃度を増加させる。この方法は、沈殿固形物に化学物質を添加しない。液体源の化学組成に依存して、処理の第１のステップは、重炭酸塩アルカリ度を除去するための液体流のｐＨ調整、及び脱気であってもよい。いくつかの実施形態において、この作業ステップは、３つの段階（酸性化、脱泡、再アルカリ化）で実施され得、下流の蒸発／晶析成分をスケールの付着から保護する液体流をもたらす。

[0055]いくつかの実施形態において、還流する濃縮スラリーが、後流として脱水システムへ取り出され、９０重量％の浮遊固形物流を生じ得る。いくつかの実施形態において、固形物の脱水から回収された液体は、蒸発装置／晶析装置、並びに／又は１つ若しくは複数の追加の蒸発装置、及び／若しくは晶析装置へ再循環される。

[0056]いくつかの実施形態において、処理装置は、モジュール式であってもよい。例えば、処理装置は、モジュール式の筐体、又はＭＰＳスキッドのようなスキッド内に収容され得る。いくつかの実施形態において、水処理の流量容量は、４００ｍ^３／日（１６．７ｍ^３／時）である。他の流速容量、及び処理装置が検討される。あらゆる流速容量を目的とする処理装置は、モジュール式の設計であり得る。いくつかの実施形態において、装置を含む設備の電力消費は、約１１００ｋＷと推定される。電力消費は、主に蒸発処理によるものであり、したがって溶解固形物含有量ではなく流速と関連する。装置は、晶析装置の加熱器を作動させるために、晶析装置の加熱器を駆動させるのに十分な蒸気が発生するまで、準備目的で気化ガスを生成する、１つ又は複数の補助ボイラを含んでもよい。

（移動式処理システムの概要）
[0057]上記で説明される処理手段、及び本明細書に明示的に説明されない他の手段は、移動式であるか、又はモジュール式の設計であってもよい。いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるシステム、及び方法は、その全てが参照により本明細書に援用される、２０１５年６月２４日に出願され、優先日が２０１４年６月２４日の、「有害な放射性同位体除去のための移動式処理システム（ＭＰＳ）（Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ （ＭＰＳ） ｆｏｒ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ ａｎｄ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）」と題される同時係属中の出願、特許出願第１４／７４８，５３５号に開示されるような移動式モジュールに含まれてもよい。

[0058]現場間、及び現場での移動性の向上を目的とし、移動式処理システム（ＭＰＳ）は、標準サイズのインターモーダルコンテナ、又は本明細書でスキッド、若しくはモジュールと称される、特別注文で設計された筐体から輸送されると共に操作されるよう設計され、システムが配備され得る際の速度、及び簡便性がさらに高められる。システムは、完全にモジュール式であってもよく、ここで異なるモジュールは、モジュール式液体浄化処理において異なる操作を行う。あらゆる所与の現場のための処理要件を全て実行するため、スキッドは、並列、及び／又は直列に接続され得る。ＭＰＳのさらなる利点は、最終廃棄前のさらなる処理のために現場から汚染物質を運搬する必要がないよう、汚染液体から除去された汚染物質を処理するための追加のモジュールが利用可能なことである。

[0059]ＭＰＳは、１つ又は複数の形態の液体処理を含んでもよい。具体的な現場での需要に依存して、１つ又は複数の異なる処理が使用され得る。いくつかの実施形態において、１つ又は複数の同一のモジュールが、同じ操作に使用され得る。例えば、２つ又はそれ以上の個別のイオン特異的媒体（ＩＳＭ：ｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｍｅｄｉａ）モジュールが、直列、及び／又は並列で使用され得る。いくつかの実施形態において、１つ又は複数の直列のＩＳＭモジュールは、それぞれ廃棄流から特定のイオンを除去するよう操作可能である。他の例は、同一のモジュールを２つ又はそれ以上並列に設置して増加した流量容量を処理するか、又は１つ又は複数のモジュールをオンラインとし、同時に１つ又は複数の他のモジュールを、維持管理のためにオフラインとする。いくつかの実施形態において、供給／配合などの、より時間を要する処理を目的とし、１つ又は複数のモジュールを並列に設置し、全体の処理時間を低減することが有益であり得る。本明細書に明示的に開示されない他の構成の変形例を実施してもよい。

[0060]図６は、制御・固形物供給スキッド１４０、供給／配合スキッド１３０、固形物除去フィルタスキッド１２０、ウルトラフィルタスキッド１１０、及びイオン特異的媒体（ＩＳＭ）スキッド１００の、５つの個別のスキッドを含むＭＰＳの実施形態の等角図である。一実施形態において、図６に図示される５つのスキッドは、特定の処理の需要に応える柔軟性を与える、異なる操作様式に調整され得る。いくつかの実施形態は、１つ又は複数のナノろ過スキッド２５０（図９）、逆浸透スキッド（図示されない）、及び蒸発／晶析スキッド（図示されない）などの、図６に図示されない種類のスキッドを１つ又は複数含んでもよい。処理を行う実施形態は、具体的な適用における必要に応じて、あらゆる種類（複数可）のスキッドを、何個含んでもよい。

[0061]図７は、図６のシステムの平面図である。一実施形態において、図６の５つのスキッドは、並べて図示されるが、必ずしも現場でこの構成である必要はない。一実施形態において、スキッドは、現場の地形に従って位置づけられてもよい。

[0062]いくつかの実施形態において、イオン特異的媒体（ＩＳＭ）容器の交換のためにスキッドに接近する頻度を最小限に抑えるために、装置は、２つ又はそれ以上のＩＳＭモジュールの接続によって、６つ又はそれ以上のＩＳＭ容器を直列、又は並列で使用するよう構成され得る。必要とされるＩＳＭ容器の数は、媒体の負荷容量、標的種、及び容器の大きさに依存して決定される。いくつかの実施形態において、媒体の負荷容量は、標的種の濃度と関連する。例えば、予備試験は、より高いマグネシウム濃度に対する負荷容量は、より大きいことを示唆する。

[0063]図８は、電力供給／制御スキッド２４０、供給配合スキッド２３０、固形物除去スキッド２２０、及びＩＳＭスキッド２００の４つのＭＰＳスキッドの構成例を図示する。固形物除去フィルタを有する固形物除去スキッド２２０は、潜在的に存在する浮遊固形物を捕捉する目的で、イオン交換カラムを保護するために使用され得る。ＩＳＭスキッド２００は、１つ又は複数のＩＳＭ容器を、直列、及び／又は並列で利用するよう構成され得る。いくつかの実施形態は、２つ以上のＩＳＭスキッド２００を、直列、及び／又は並列で利用する。スキッドの構成、種類、及び数は、実施形態によって変化し得る。処理は、１つ又は複数の標的種について、目的とする残留イオン濃度が達成されるまで継続され得る。

[0064]いくつかの実施形態において、残留マグネシウム濃度が２００ｐｐｍ以下になるまでのマグネシウム除去が終点として選択され、特定の規則、基準、及び／又は要件を満たす必要がある場合、次いで他の処理システムによって処理される。必要とされる媒体の量は、１つ又は複数の標的種の所望の最終濃度に基づく。いくつかの実施形態において、処理液体は、処理要件、又は他の要件を満たすまで連続してシステムを循環してもよい。いくつかの実施形態において、処理液体は、特定の規則、基準、及び／又は要件を満たす必要がある場合、他の低濃度処理システムによって処理されてもよい第２の処理に進んでもよい。

[0065]システムは、多くの弁を利用してもよい。弁は、１つ又は複数の異なる種類であってもよい。流れの逆流を防ぐために、システム全体を通して逆止弁を使用してもよい。弁の多くは、漏れ、又は圧力の低下を防ぐために、必要に応じて迅速な遮断、又は開放が可能な電動弁であってもよい。システムの圧力が所定の値を越えた場合に自動的に圧力を開放するために、圧力逃し弁を使用してもよい。電動弁は、システム内のその位置に応じて、故障時にその状態を維持するか、開放されるか、又は閉鎖され、故障時の損傷、及び環境への被害を最小化するよう設計され得る。さらなる制御を行い、システムの安全率を上昇させ、故障時に環境へ漏出する可能性を低減するために、システム全体を通して冗長弁を使用してもよい。弁は、その全てが参照により本明細書に援用される、２０１５年６月２４日に出願され、優先日が２０１４年６月２４日の、「有害な放射性同位体除去のための移動式処理システム（Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ ａｎｄ Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）」と題される同時係属中の出願、特許出願第１４／７４８，５３５号に、より詳細に開示される。

（ＭＰＳが後に続く濃縮ステップ）
[0066]いくつかの実施形態において、濃縮流は、移動式処理システム（ＭＰＳ）を用いて処理され得る。図９は、図８のＭＰＳ構成に組み込まれる調整ステップの一形態としてナノフィルタスキッド２５０を利用する実施形態を図示する。いくつかの実施形態は、イオン濃縮のための逆浸透スキッド、蒸発／晶析スキッド、及び／又はナノフィルタスキッド２５０を、１つ又は複数含んでもよい。スキッドの構成、種類、及び数は、実施形態によって変化し得る。ナノフィルタスキッド２５０は、濃縮方法の例として、さらなる実施形態の説明に使用されるが、他の濃縮方法を使用してもよいことに留意すべきである。ナノフィルタスキッド２５０は、液体源を透過流と濃縮流とに分離する。図示される実施形態において、多価の種をより高濃度で含有する濃縮流は、ＭＰＳに送られる。いくつかの実施形態において、液体中に残存する汚染物質の種類、及び濃度に依存して、透過流は、処理、貯蔵、再利用、又は環境へ放出され得る。いくつかの実施形態において、透過流は、ＭＰＳで処理され得る。

[0067]一実施形態において、あらゆる潜在的な固形物がシステムを汚染する可能性を低減するために、１つ又は複数の固形物除去スキッド２２０が、システム中の１点又は複数点で使用され得る。所与の実施形態で必要とされる固形物除去スキッド２２０の数、及び（一箇所又は複数の）位置は、処理液体中の浮遊固形物含有量に依存する。蒸発器回収タンクからデカントされる液体が入り口に注がれ得るため、いくつかの実施形態において、浮遊固形物のレベルは低い場合がある。いくつかの実施形態において、ＭＰＳ処理に電力が追加されない場合、固形物除去スキッド２２０の数は、１つ又は２つと少ない場合がある。

[0068]図１０は、図９の実施形態を図示し、ここでナノフィルタスキッド２５０からの濃縮流、及び透過流は、何れもＩＳＭスキッド（それぞれ２００ａ及び２００ｂ）へ進む。濃縮流、及び透過流は、濃度の異なる、異なる標的種を含有する。各ＩＳＭスキッド２００ａ、及び２００ｂは、処理のために受容した流れ中に存在する１つ又は複数の標的種を除去するよう操作可能である。

[0069]図１１は、ナノフィルタスキッド２５０を利用して、液体源を透過液回収タンク３１０及び濃縮液回収タンク３２０へ処理する実施形態を図示する。この実施形態において、一価の種を含有する、ろ過された液体は、透過液回収タンク３１０へ送られ、同時に、多価の種を含有する濃縮流は、濃縮液回収タンク３２０へ送られる。いくつかの実施形態において、ナノフィルタスキッド２５０に存在する液体流の一方又は両方は、液体中に残存する汚染物質の種類及び濃度に依存して、処理、貯蔵、再利用、又は環境へ放出され得る。

[0070]濃縮液回収タンク３２０中の液体の標的種濃度は、（液体源の濃度と比較して）より高くてもよく、媒体の有効性を向上させ得る。ＭＰＳスキッドへ再循環し、且つ濃縮液回収タンク３２０へ戻すことで、媒体容量をより完全に利用することができる可能性がある。いくつかの実施形態において、推定される濃縮液回収タンク３２０の化学組成は、１つ又は複数の標的種の飽和点に近接せず、したがって、濃縮操作に由来する固形物は見込まれない。

[0071]透過液回収タンク３１０及び濃縮液回収タンク３２０の一実施形態における、選択成分の推定される組成が表２に示され、液体源組成の例が参照として与えられる。いくつかの実施形態において、ナノフィルタシステム又はスキッドは、７５％の透過液の回収を達成するよう設計され得る。

[0072]図１２Ａは、ＩＳＭスキッド２００を利用して、濃縮流から１つ又は複数の標的種を捕捉する実施形態を図示する。いくつかの実施形態において、処理される液体の量は、必要とされるイオン交換媒体の量に正比例するため、ナノフィルタスキッド２５０の使用は、図示される実施形態において、透過液回収タンク３１０に送られる透過流をろ過することによって処理すべき液体の量の低減を補助し、したがって、イオン交換媒体の利用を最大限に高め、且つ必要とされるＩＳＭ容器の数を低減する。いくつかの実施形態において、濃縮流は、ナノフィルタスキッド２５０からＩＳＭスキッド２００へ直接流れてもよい。いくつかの実施形態において、透過流は、ナノフィルタスキッド２５０から別個のＩＳＭスキッド２００へ直接流れてもよい。

[0073]いくつかの実施形態は、１つ又は複数のスキッドをそれぞれ利用する。いくつかの実施形態において、２つ以上の濃縮スキッドが使用され得、ここで各濃縮スキッドは、異なる特定標的種を濃縮するために使用される。いくつかの実施形態において、システムは、２つ以上のＩＳＭスキッド２００を含んでもよく、ここで各ＩＳＭスキッド２００は、異なる特定標的種に対し特異的であり得る。いくつかの実施形態において、濃縮流、及び透過流は、何れも別個のＩＳＭスキッド２００へ進んでもよく、ここで各ＩＳＭスキッド２００は、各流れ中に存在する１つ又は複数の特定標的種を除去するよう操作可能である。

[0074]いくつかの実施形態において、液体源は、事前に処理されていてもよい。いくつかの実施形態において、液体源は、図示されるシステムで処理される前に、異なる標的種について事前に処理されていてもよい。いくつかの実施形態において、液体源は濃縮流である。いくつかの実施形態において、液体源は透過流である。いくつかの実施形態は、直列のナノフィルタスキッド２５０及びＩＳＭスキッド２００の組み合わせを含んでもよく、ここで各組み合わせは、特定の標的種を処理するよう操作可能である。いくつかの実施形態において、ＩＳＭスキッド２００から出る処理された液体は、ナノフィルタスキッド２５０及びＩＳＭスキッド２００の組み合わせの１つ又は複数のシステムを通過してもよく、ここで各組み合わせは、異なる標的種を処理するよう操作可能である。いくつかの実施形態において、透過流は、透過液回収タンク３１０中に貯蔵されてもよく、他の処理又は貯蔵システムへ直接進んでもよく、又は放出基準を満たす場合、放出されてもよい。

[0075]図１２Ｂは、流速及びタンク容量の例と共に図１２Ａの実施形態を図示する。この実施形態の例において、７５００ｍ^３の透過液回収タンク３１０は、ナノフィルタスキッド２５０からの透過流を受容するために使用されるのに対し、２５００ｍ^３の濃縮液回収タンク３２０は、濃縮流を受容するために使用される。図示される実施形態において、液体源は、２２０ｇｐｍでナノろ過スキッド２５０へ供給され得、濃縮流が濃縮液回収タンク３２０へ５５ｇｐｍで送られ得ると同時に、透過流は、透過液回収タンク３１０へ１６５ｇｐｍで送られ得る。同一、又は同様の流速が、他の構成で適用されてもよい。他の実施形態における流速、及びタンク容量は、異なっていてもよい。

（沈殿）
[0076]イオン交換媒体容量を増加させる他の代替方法は、沈殿である。沈殿は、標的種を含有する濃縮流と、透過流の代わりに１つ又は複数の沈殿固形物とを、もたらす点において、ナノろ過、逆浸透、及び蒸発／晶析と異なる。一実施形態において、１つ又は複数の沈殿剤の抽出を容易にするために沈殿誘発剤を添加してもよい。溶液から１つ又は複数の固形物が沈殿することで、沈殿種からの相対的競合が低減されることによって平衡に達する駆動力が高まるよう、沈殿種に対する残存する標的種の比は増大する。この駆動力の増大は、より効果的なイオン交換媒体の利用をもたらし、ひいては媒体の容量を増大させる。

[0077]図１３は、１つ又は複数の沈殿剤を除去するための沈殿誘発剤の添加を伴う沈殿処理の包括的な実施形態を図示する。図示される実施形態において、沈殿スキッド３７５は、ＩＳＭスキッド２００に先立ち、ナノフィルタスキッド２５０の後に続く。図示される実施形態において、透過流は、透過液回収タンク３１０へ通される。いくつかの実施形態において、液体中に残存する汚染物質の種類及び濃度に依存して、透過流は、処理、貯蔵、再利用、又は環境へ放出され得る。

[0078]一実施形態において、濃縮流におけるマグネシウム、カルシウム、及びストロンチウムなどの、１つ又は複数の標的種の濃度は、水酸化物沈殿を用いて著しく低減され得る。溶解度、及び沈殿ｐＨの差異を用い、１つ又は複数の標的種を選択的に抽出し、その量を低減することができる。

[0079]図１４は、図１３の沈殿処理の実施形態を図示し、ここで、沈殿誘発剤は水酸化物である。図示される実施形態において、水酸化物イオンは、抽出される金属を含有する濃縮流に導入され、マグネシウム、カルシウム、及び／又はストロンチウムなどの標的種の沈殿を補助する。金属は、金属の形態、液体源の化学組成、並びに他の金属、及びキレートの存在に依存して、様々なレベルのｐＨで沈殿する。したがって、液体中の水酸化物イオン濃度の操作は、ｐＨを調整し、金属水酸化物化合物の形態の金属を容易に沈殿させる。ｐＨのレベルは、特定の種を標的とするよう調整することができる。金属の一部は、本質的に両性であり、キレート剤の存在も、金属の沈殿能を妨げるため、ｐＨは、慎重に制御する必要がある可能性がある。

[0080]いくつかの実施形態において、水酸化ナトリウムなどの強塩基の添加は、水酸化マグネシウムの形成を促進し得る。水酸化ストロンチウム及び水酸化カルシウムも形成し得るが、いくつかの実施形態における標的沈殿剤は、水酸化マグネシウムである。水酸化マグネシウムは、液体の温度にかかわらず、水酸化ストロンチウム及び水酸化カルシウムよりも不溶であり、より低い沈殿ｐＨ９〜１０を有するため、最初に沈殿する可能性が高い。マグネシウムと同じｐＨ範囲において、水酸化ストロンチウム及び水酸化カルシウムは何れも溶けにくいが、沈殿しない可能性が最も高い。水酸化ストロンチウム及び水酸化カルシウムは、何れも１２付近のｐＨで溶解性を有するため、ｐＨの上昇は、水酸化ストロンチウム及び水酸化カルシウムの沈殿をもたらし得る。

[0081]水酸化ストロンチウムと水酸化カルシウムとの溶解度の差異は、両者の選択的抽出に利用することができる。これは、溶解度と温度との間の関係が、他方を液体中に残しつつ、一方を沈殿させるために利用され得ることを意味する。水酸化ストロンチウムの溶解度は、温度に正比例し、そのため、液体の温度を下げると水酸化ストロンチウムの溶解度は低下し、その沈殿速度は上昇する。水酸化カルシウムの溶解度は、温度に反比例し、そのため、液体の温度を上げると水酸化カルシウムの溶解度は低下し、その沈殿速度は上昇する。

[0082]流れのｐＨを１２付近まで上昇させると、処理液体の温度に依存し、水酸化ストロンチウムよりも溶解度の低い水酸化カルシウムは、水酸化マグネシウムの後で、且つ水酸化ストロンチウムの前に沈殿する可能性が高い。液体の温度が上昇すると、水酸化ストロンチウムは、より溶解しやすくなり、溶液中に残存すると同時に、水酸化カルシウムの沈殿効率は向上し得る。いくつかの実施形態において、溶液中に残存するストロンチウムは、ナノろ過ステップで濃縮され、イオン交換ステップで除去され得る。

[0083]一実施形態において、水酸化ストロンチウムの沈殿を促進するために、濃縮流は、水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムの沈殿後に冷却され得る。一般的に、水酸化ストロンチウムの沈殿は、溶液の温度が約２５℃〜３０℃の場合に起きる。冷却時の水酸化ストロンチウムの沈殿が不十分である場合、水酸化ストロンチウムの沈殿効率を高めるために、溶液に二酸化炭素ガスを導入することができる。

[0084]一実施形態において、マグネシウム、カルシウム、及びストロンチウムの除去に炭酸ナトリウム及び／又は水酸化ナトリウムを使用することの利点は、（表２に示されるように）液体中に残存するナトリウムが塩化物と共に晶析し、塩化ナトリウム塩を形成し得ることである。沈殿剤は、次いでろ過などの従来の処理を用いて回収され得る。

[0085]便宜上、操作は、様々な相互接続された機能ブロック、又は別個のソフトウェアモジュールとして説明される。しかし、これは必須ではなく、これらの機能ブロック、又はモジュールが、境界が不明瞭な単一の論理デバイス、プログラム、又は操作に等価的に集約される場合があってもよい。いずれにしても、機能ブロック、及びソフトウェアモジュール、又は記載される特徴は、それら単独で、又はハードウェア、若しくはソフトウェアの何れかの他の操作と組み合わせて実施することができる。

[0086]本明細書に開示されるシステム、方法、工程、及び／又は装置の原理を、その好ましい実施形態について説明し、且つ図示してきたが、そのような原理から逸脱することなく、システム、方法、工程、及び／又は装置の配置、及び詳細が変更され得ることは明らかである。以下の特許請求の範囲の趣旨、及び範囲内に入る全ての変型例、及び変形例が請求される。

[0087]独占的な権利、又は特権が請求される実施形態が、以下に規定される。

Claims (20)

1. イオン濃度を操作してイオン交換媒体の性能を高める方法であって、
   第１のイオン濃度を有する液体を、前記液体を濃縮流と透過流とに分離するよう操作可能であるイオン濃縮器を通過するよう送るステップ、
   前記濃縮流を、容器を通過するよう送るステップ
   を含み、前記容器が、イオン交換媒体を収容し、且つ
   前記濃縮流を受容し、
   第２のイオン濃度を有する液体をもたらす、前記イオン交換媒体と前記濃縮流との間のイオン交換を可能にし、
   前記第２のイオン濃度を有する前記液体を出力する
   よう操作可能である、方法。
2. 前記イオン濃縮器が、ナノフィルタ、逆浸透膜、及び蒸発器のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
3. 前記イオン濃縮器が、スキッド、モジュール、及びコンテナのうちの少なくとも１つに取り付けられる、請求項１に記載の方法。
4. 前記イオン交換媒体が、吸着媒体、及び吸収媒体のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のイオン濃度が、前記第１のイオン濃度より低濃度である、請求項１に記載の方法。
6. 前記イオン交換媒体の性能が、前記イオン交換媒体の有効容量に基づく、請求項１に記載の方法。
7. 第１の一連のイオンが、第１の値まで濃縮され、且つ第２の一連のイオンが、第２の値まで濃縮され、ここで前記第２の値が前記第１の値より小さい場合、前記第１の一連のイオンの除去性能が上昇する、請求項１に記載の方法。
8. 前記第２の値が前記第１の値より大きい場合、前記第１の一連のイオンの前記除去性能が低下する、請求項７に記載の方法。
9. 前記イオン交換媒体の性能が、生じる廃棄物の量によって決定される、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１のイオン濃度が増加するにつれて、前記イオン交換媒体が最大理論容量に近づく、請求項１に記載の方法。
11. イオン濃度を操作してイオン交換媒体の性能を高める方法であって、
    第１のイオン濃度を有する液体を、前記液体を濃縮流と透過流とに分離するよう操作可能であるイオン濃縮器を通過するよう送るステップ、
    前記透過流を、容器を通過するよう送るステップ
    を含み、前記容器が、イオン交換媒体を収容し、且つ
    前記透過流を受容し、
    第２のイオン濃度を有する液体をもたらす、前記イオン交換媒体と前記透過流との間のイオン交換を可能にし、
    前記第２のイオン濃度を有する前記液体を出力する
    ように操作可能である、方法。
12. 前記イオン濃縮器が、ナノフィルタ、逆浸透膜、及び蒸発器のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載の方法。
13. 前記イオン濃縮器が、スキッド、モジュール、及びコンテナのうちの少なくとも１つに取り付けられる、請求項１１に記載の方法。
14. 前記イオン交換媒体が、吸着媒体、及び吸収媒体のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載の方法。
15. 前記第２のイオン濃度が、前記第１のイオン濃度より低濃度である、請求項１１に記載の方法。
16. 前記イオン交換媒体の性能が、前記イオン交換媒体の有効容量に基づく、請求項１１に記載の方法。
17. 第１の一連のイオンが、第１の値まで濃縮され、且つ第２の一連のイオンが、第２の値まで濃縮され、ここで前記第２の値が前記第１の値より小さい場合、前記第１の一連のイオンの除去性能が上昇する、請求項１１に記載の方法。
18. 前記第２の値が前記第１の値より大きい場合、前記第１の一連のイオンの前記除去性能が低下する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記イオン交換媒体の性能が、生じる廃棄物の量によって決定される、請求項１１に記載の方法。
20. 前記第１のイオン濃度が増加するにつれて、前記イオン交換媒体が最大理論容量に近づく、請求項１１に記載の方法。

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