JP2023524956A - 連続式電気脱イオン処理モジュールの塩素耐性改善 - Google Patents

Abstract

電気化学的水処理装置が開示される。この装置は、溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源に流体的に接続可能な供給入口と、供給入口に流体的に接続可能な電気化学的分離モジュールとを含む。電気化学的分離モジュールは、希釈区画、濃縮区画、希釈区画と濃縮区画との間に配置されたイオン交換膜、ならびに第１電極および第２電極を含む。希釈区画の体積の第１部分は、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含む。希釈区画の体積の第２部分は、供給入口に遠位で配置された第２イオン交換媒体を含む。第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有する。水中の溶存シリカの濃度を低減する方法が開示されている。溶存シリカを含む水の処理を促進する方法が開示されている。

Description

本明細書に開示される態様および実施形態は、水中の塩素からの劣化に対する改善された耐性を示す、塩素含有化合物を含む水から汚染物質、例えば溶存シリカを除去するための装置および方法に関するものである。

一態様によれば、電気化学的水処理装置が提供される。電気化学的水処理装置は、溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源に流体的に接続可能な供給入口を含んでもよい。電気化学的水処理装置は、供給入口に流体接続可能な電気化学的分離モジュールをさらに含んでもよく、電気化学的分離モジュールは、希釈区画と、濃縮区画と、希釈区画および濃縮区画の間に配置されたイオン交換膜と、第１電極および第２電極とを含む。希釈区画の体積の第１部分は、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含んでもよい。希釈区画の体積の第２部分は、供給入口に遠位で配置された第２イオン交換媒体を含んでもよい。第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有していてもよい。

さらなる実施形態では、電気化学的水処理装置は、電気化学的分離モジュールの希釈区画の下流に流体的に接続された生成物出口を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体と比較して、より大きく塩素含有化合物の吸収による膨潤に抵抗してもよい。

いくつかの実施形態において、第１部分は、希釈区画の体積の約１０％から約３０％を占め、第２部分は、希釈区画の体積の約７０％から約９０％を占める。

特定の実施形態において、第１イオン交換媒体は、２種以上のイオン交換媒体の混合物を含んでもよい。例えば、２種以上のイオン交換媒体の混合物は、少なくとも１種の陽イオン交換媒体と少なくとも１種の陰イオン交換媒体との混合物を含んでもよい。特定の実施形態では、少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の一方は、少なくとも１種の陰イオン交換媒体のように、約４０から５０％の間の含水率を有する。

いくつかの実施形態において、第１イオン交換媒体は、日、週、または月などの長期間にわたって、約０．０１ｐｐｍから約０．１０ｐｐｍの濃度で存在する塩素含有化合物に抵抗することができる。

さらなる実施形態では、第１イオン交換媒体は、炭素質吸着剤などの吸着剤を約１０％ｖ／ｖまで含んでもよい。

いくつかの実施形態において、第２イオン交換媒体は、水の供給源から水中の溶存シリカを除去するのに適したイオン交換媒体を含んでもよい。特定の実施形態では、第２イオン交換媒体は、２種以上のイオン交換媒体の混合物を含んでもよい。例えば、２種以上のイオン交換媒体の混合物は、少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の混合物を含んでもよい。特定の実施形態では、少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の一方は、少なくとも１種の陰イオン交換媒体のように、約５０から６０％の間の含水率を有する。

いくつかの実施形態では、第１イオン交換媒体の少なくとも１種の陰イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体の少なくとも１種の陰イオン交換媒体よりも大きい含水率を有していてもよい。他の実施形態では、第１イオン交換媒体の少なくとも１種の陽イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の少なくとも１種の陽イオン交換媒体は、ほぼ等しい含水率を有する。

いくつかの実施形態において、第１イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の少なくとも一方は、微多孔性樹脂、マクロ多孔性樹脂、または架橋ゲルであってもよい。

いくつかの実施形態において、濃縮区画の体積は、第１イオン交換媒体と実質的に類似する組成を有する第３イオン交換媒体を含んでもよい。

さらなる実施形態において、電気化学的分離モジュールは、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜の交互シリーズによって分離された複数の希釈区画および複数の濃縮区画を含んでもよい。

一態様によれば、水中の溶存シリカの濃度を低減する方法が提供される。本方法は、溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源からの供給流を、電気化学的水処理装置における電気化学的分離モジュールの供給入口に導くことを含んでもよい。電気化学的分離モジュールは、希釈区画と、濃縮区画と、希釈区画および濃縮区画の間に配置されたイオン交換膜と、第１電極および第２電極と、を含んでもよい。希釈区画の体積の第１部分は、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含んでもよい。希釈区画の体積の第２部分は、供給入口に遠位で配置された第２イオン交換媒体を含んでもよい。第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有していてもよい。本方法は、第１電極および第２電極間に電圧を印加して、減少した濃度の溶存シリカを有する生成物流と、溶存シリカに富む濃縮物流とを生成することを更に含んでもよい。

いくつかの実施形態では、被処理水の供給源から供給流を導くことは、約１ｐｐｍの溶存シリカ濃度を有する水を導くことを含んでもよい。

さらなる実施形態において、本方法は、約１ｐｐｂの溶存シリカ濃度を有する生成物流を排出することを含む。

一態様によれば、溶存シリカを含む水の処理を促進する方法が提供される。本方法は、溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源に接続可能な電気化学的水処理装置を含む電気化学的水処理装置を準備することを含んでもよい。電気化学的分離モジュールは、供給入口と、希釈区画と、濃縮区画と、希釈区画および濃縮区画の間に配置されたイオン交換膜と、第１電極および第２電極とを含んでもよい。希釈区画の体積の第１部分は、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含んでもよい。希釈区画の体積の第２部分は、供給入口に遠位で配置された第２イオン交換媒体を含んでもよい。第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有していてもよい。本方法は、水の供給源からの廃水を電気化学的分離モジュールの供給入口に導く指示を提供することをさらに含んでもよい。本方法は、さらに、第１電極および第２電極間に電圧を印加して、溶存シリカの濃度が低下した生成物流と、溶存シリカに富む濃縮物流とを生成するための指示を提供することを含んでもよい。

添付の図面は、縮尺通りに描かれていない。図面において、様々な図に図示されている各同一またはほぼ同一の構成要素は、同数の数字で表されている。明瞭化のために、全ての構成要素が全ての図面においてラベル付けされるとは限らない。図面において、
図１は、一実施形態による電気化学的分離モジュールを図示している。 図２は、一実施形態による、図１の電気化学的分離モジュールを組み込んだ水処理システムを図示している。 図３Ａは、異なるイオン交換媒体構成を有する電気化学的分離モジュールの希釈区画をわたっての圧力損失を図示している。 図３Ｂは、異なるイオン交換媒体構成を有する電気化学的分離モジュールの濃縮区画をわたっての圧力損失を図示している。 図４は、異なるイオン交換媒体構成を有する電気化学的分離モジュールのシリカ除去性能を図示している。 図５Ａは、図３Ａに示されたものとは異なるイオン交換媒体構成を有する電気化学的分離モジュールについての希釈区画をわたっての圧力損失を図示している。 図５Ｂは、図３Ｂに例示されたものとは異なるイオン交換媒体構成を有する電気化学的分離モジュールについての濃縮区画をわたっての圧力損失を図示している。 図６は、異なるイオン交換媒体構成を有する電気化学的分離モジュールについてのシリカ除去性能を図示している。そして、 図７は、異なるイオン交換媒体構成を有する電気化学的分離モジュールの処理水抵抗率を図示している。

（詳細な説明）
イオン交換は、固体（例えば、イオン交換樹脂）と液体（例えば、水）との間でイオンを可逆的に交換することである。イオン交換媒体は「化学スポンジ」として機能するため、水および他の液体から汚染物質を効果的に除去するのに適している。イオン交換技術は、水の脱塩および軟化、廃水の再利用、ならびに他の水処理プロセスでよく使用されている。イオン交換媒体は、例えば、化学処理、医薬品、鉱業、ならびに、食品処理および飲料処理などの様々な特殊な用途にも使用される。

電界を使用して流体を浄化するための装置、すなわち電気化学的分離モジュールは、溶存イオン種を含む水および他の液体を処理するために使用され得る。これらのモジュール内には、イオン選択性膜によって分離された濃縮区画および希釈（または枯渇）区画がある。電気化学的分離モジュールは、電気活性半透過性の、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とが交互に配置されていることが特徴であってよい。膜の間のスペースは、入口および出口を持つ液体フロー区画を形成するように構成されている。電極を介して電界をかけると、対向電極に引き寄せられた溶存イオンが、陰イオン交換膜および陽イオン交換膜を通過して移動する。この結果、一般に、希釈区画の液体はイオンが枯渇し、濃縮区画の液体は移動したイオンで濃縮される。

本明細書で使用される場合、フレーズ「分離モジュール」、「処理装置」、「浄化装置」、または「装置（ａｐｐａｒａｔｕｓ）」は、被処理流体から任意の望ましくない種の濃度レベルを除去または低減するために使用できる任意の装置に関連する。適切な処理装置の例には、イオン交換樹脂装置、逆浸透（ＲＯ）、電気脱イオン処理、電気透析、限外ろ過、精密ろ過、および容量性脱イオン装置が含まれるが、これらに限定されるものではない。

特定の非限定的な実施形態において、本明細書に開示される方法および装置は、電気化学的分離モジュールを備える。本明細書で使用される場合、フレーズ「電気化学的分離モジュール」は、任意の数の電気駆動分離システムを指し、非限定的な例としては、電気脱イオン処理装置、電気透析装置、容量性脱イオン処理装置、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。電気化学的水処理装置は、これらの動作に矛盾しないか、または反していない限り、本明細書に記載のシステムおよび方法の原理に従って機能する任意の装置を含むことができる。

特定の実施形態では、電気化学的分離モジュールは、電気化学的脱イオンユニットを含んでもよい。このような装置の非限定的な例としては、電気透析（ＥＤ）、電気透析反転（ＥＤＲ）、電気脱イオン処理（ＥＤＩ）、容量性脱イオン処理、連続式電気脱イオン処理（ＣＥＤＩ）、および可逆連続式電気脱イオン処理（ＲＣＥＤＩ）などが挙げられる。

電気脱イオン処理（ＥＤＩ）は、１以上のイオン交換媒体と、イオン輸送に影響を与えるために電極間に適用される電位とを用いて、水から１種以上のイオン化種またはイオン化可能種を除去し、または少なくとも低減するプロセスである。イオン交換媒体は、典型的には、イオン性の種および／またはイオン化可能な種を交互に収集および排出する役割を果たし、いくつかの実施形態では、イオン性または電子性の置換機構によって、連続的になり得るイオンの輸送を促進する役割を果たす。ＥＤＩ装置は、永久的または一時的な電荷の電気化学的に活性な媒体を含むことができ、バッチ式、間欠的、連続的、および／または極性反転モードで動作させることができる。ＥＤＩ装置は、性能を達成または向上させるために特別に設計された１以上の電気化学的反応を促進するように動作させることができる。さらに、そのような電気化学的装置は、半透過性または選択的透過性の、イオン交換膜あるいはバイポーラ膜などのイオン交換膜を含んでいてもよい。連続式電気脱イオン処理（ＣＥＤＩ）装置は、イオン交換材料を連続的に再充電しながら、水の浄化を連続的に進めることができる方法で動作するＥＤＩ装置である。ＣＥＤＩ技術には、連続脱イオン処理、充填セル電気透析、電気透析などのプロセスを含み得る。制御された電圧および塩分濃度の条件下で、ＣＥＤＩシステムでは、水分子が分解して水素またはヒドロニウムのイオンあるいは種、および水酸化物または水酸基のイオンあるいは種を生成し、装置内のイオン交換媒体を再生し、それによって、そこから閉じ込められた種の放出を促進することができる。このようにして、被処理水流は、イオン交換媒体の化学的再充電を必要とせずに連続的に精製され得る。

電気透析（ＥＤ）装置は、ＥＤ装置が典型的には膜および／または電極の間に電気活性媒体を含まないことを除いて、ＣＥＤＩと同様の原理で動作する。電気活性媒体がないため、塩分濃度の低い供給水では電気抵抗が高くなり、ＥＤの動作に支障をきたす場合がある。また、塩分濃度が高い供給水でＥＤを行うと消費電流が大きくなるため、従来は塩分濃度が中程度の供給水でＥＤ装置が最も効果的に使用されてきた。ＥＤを用いたシステムでは、電気活性媒体が存在しないため、水の分解は非効率であり、そのような領域での運転は一般に回避される。

容量性脱イオン処理（ＣａｐＤＩ）装置は、ナノメートルサイズの細孔を有する一対の電極に電圧を印加して一対の電極を分極させることにより、媒体、例えば硬水からイオン性物質を除去するために使用される。これにより、一対の電極の少なくとも一方の表面にイオン性物質を吸着させることができる。ＣａｐＤＩ装置では、一対の電極にＤＣ低電圧を印加し、溶存イオンを含む媒体を両電極の間に流す。媒体に溶けている陰イオンは正極に吸着、濃縮され、媒体に溶けている陽イオンは負極に吸着、濃縮される。例えば、２つの電極を電気的に短絡させるなどして逆方向に電流を供給すると、濃縮されたイオンが負極および正極から脱離する。ＣａｐＤＩ装置は、高い電位差を使用しないため、エネルギー効率が高い。電極にイオンが吸着すると、硬度成分だけでなく、好ましくないイオンも除去し得る。ＣａｐＤＩ装置は、電極を再生するために化学物質を使用しないので、環境負荷が比較的低い。

ＣＥＤＩ装置およびＥＤ装置は、正または負の荷電種のいずれかを通過させるが、典型的には両方を通過させない選択的透過性膜によって分離される複数の隣接するセルまたは区画を有する分離モジュールを含んでもよい。希釈または枯渇区画は、典型的には、そのような装置において濃縮（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ）または濃縮（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）区画と間隔をあけて配置される。ＣＥＤＩ装置またはＥＤ装置において使用されるような電気化学的分離モジュールの一実施形態が、図１に示されている。図１において、電気化学的分離モジュール１００は、希釈区画１０２、濃縮区画１０４、および希釈区画１０２と濃縮区画１０４とを分離するイオン交換膜１０６を含む。いくつかの実施形態では、各構成要素のうちの１つだけが存在してもよく、すなわち、１つの希釈区画１０２、１つの濃縮区画１０４、および１つのイオン交換膜１０６が存在してもよい。図１に示されるように、電気化学的分離モジュール１００は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜が交互になっているものなど、イオン交換膜１０６の交互シリーズなどによって分離された複数の希釈区画１０２および複数の濃縮区画１０４を含んでもよい。他の実施形態では、図１に図示されるよりも多くの数の希釈区画および濃縮区画が存在してもよい。電気化学的分離モジュール１００は、それぞれ陽極および陰極として動作する第１電極および第２電極１０８ａ、１０８ｂによって境界を形成される。希釈区画１０２内で、希釈区画１０２の体積の第１部分は、第１イオン交換媒体１１０ａを含む。希釈区画１０２の体積の第２部分は、第２イオン交換媒体１１０ｂを含み、図１の希釈区画１０２に存在する破線は、２つのイオン交換媒体の間の界面についての視覚的補助を提供する。濃縮区画１０４は、第３イオン交換媒体１１０ｃを含む。

ＣＥＤＩ装置およびＥＤ装置において、直流（ＤＣ）電界は、典型的には、電極（陽極または正極、および陰極または負極）に印加される電圧および電流の供給源からセルにわたって印加される。電圧、電流源（まとめて「電源」）は、それ自体、交流（ＡＣ）電源、または、例えば、太陽光、風力、波力から得られる電源など、様々な手段で電力を供給することができる。電極／液体界面では、電気化学的な半セル反応が起こり、膜および区画を介したイオンの移動が開始および／または促進される。例えば、図１において、第１電極および第２電極、すなわち陰極および陽極にわたって電圧が印加されると、水酸化物イオンおよび水素イオンが水中で形成され、水中に存在するイオンが反対極性の電極に移動する可能性がある。

いくつかの実施形態では、電解質区画内に含まれる電極について、電極／界面で起こる特定の電気化学的な反応は、区画内の塩の濃度によってある程度制御することができる。例えば、塩化ナトリウムを多く含む陽極電解質区画への供給は、塩素ガスおよび水素イオンを発生させる傾向があり、一方で陰極電解質区画へのこのような供給は、水素ガスおよび水酸化物イオンを発生させる傾向がある。一般に、陽極区画で発生した水素イオンは、塩化物イオンなどの遊離陰イオンと会合して電荷中性を保持し、塩酸溶液を生成し、同様に陰極区画で発生した水酸化物イオンは、ナトリウムなどの遊離陽イオンと会合して電荷中性を保持し、水酸化ナトリウム溶液を生成することになる。生成した塩素ガスおよび水酸化ナトリウムなどの電極区画の反応生成物は、殺菌目的、膜洗浄および脱泡目的、ならびにｐＨ調整目的と、必要に応じてプロセスにおいて利用することができる。

ＣＥＤＩモジュールは、ポリアミドのような材料で作られたＲＯ膜の下流に用いられ得る。この種の膜は、水消毒プロセスからの残留塩素などの遊離塩素に対する耐性が限られているため、ＲＯユニットにおいて処理する前に供給水を脱塩素化する必要がある。しかし、例えば重亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を使用した脱塩素システムにおいては、微量の遊離塩素またはクロラミンが下流のＣＥＤＩモジュールに到達し、システム混乱が起こることがある。ＣＥＤＩモジュールは、特定の物理的および化学的な特性を持つ膜およびイオン交換媒体を選択することによって、特定の処理用途における性能に最適化されることがある。いくつかの実施態様において、前述の最適化は、特定の用途のために適切な量の架橋を有するイオン交換媒体を選択することを含み得る。ＣＥＤＩモジュールは、高分子架橋剤として約１重量％から約１０重量％のジビニルベンゼン（ＤＶＢ）を有するイオン交換媒体を用いてもよい。非限定的な例として、陰イオン交換プロセスのために使用されるイオン交換媒体は、約２重量％のＤＶＢ含有量を有することができる。別の非限定的な例として、陽イオン交換プロセスのために使用されるイオン交換媒体は、約８重量％のＤＶＢ含有量を有していてもよい。架橋された重量パーセントは、一般にイオン交換媒体について規定されていないが、その含水率からおおよそ１：１の対応関係で推測することができる。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、イオン交換樹脂の含水率は、固体樹脂マトリックス中の空隙を満たす水和水の量の尺度であり、本明細書で使用する場合、水にさらされたときにイオン交換媒体が吸収し保持し得る水の最大重量パーセントであると見なされる。高い含水率を有する樹脂は、より少ない乾燥物、すなわち、ポリスチレン鎖を架橋するジビニルベンゼンの架橋を有するポリスチレンから作られるマトリックスを含む。含水率の増加（したがって、より少ない乾燥物）は、大きなイオンが構造体の内外を移動するためのより容易なアクセスを提供し得るが、含水率の増加は、樹脂の、物理的強度および酸化的攻撃に対する抵抗力を低下させ、その両方は一般に架橋ポリマー構造によって提供される。いくつかの実施形態では、イオン交換媒体の含水率が約４０重量％から約５０重量％である場合、イオン交換媒体は「高い」架橋度を有すると見なすことができる。「低」架橋イオン交換媒体は、約５０重量％から約６０重量％の間の含水率を有していてもよい。

プロセス水からの溶存シリカの除去は、電気的に作動する分離装置（ＥＤ、ＥＤＩ、ＣＥＤＩなど）の希釈区画において、低水分、高架橋の陰イオン交換媒体と比較して、遊離塩素などの酸化種に対する感受性が増加した高水分、低架橋の陰イオン交換媒体を用いることによって達成し得る。使用中、希釈区画の入口に最も近いイオン交換媒体は、供給水中の遊離塩素によって攻撃され、イオン交換媒体が膨潤し、場合によっては機械的に分解または破壊されて、電気化学的分離モジュール全体を通る水流の閉塞を引き起こす可能性がある。これらの閉塞は、電気化学的分離モジュール全体の再構築または交換を必要とする永久的な損傷をもたらす可能性がある。したがって、永久的な損傷または処理性能の損失を持続することなく、酸化性イオンおよび酸化性分子を含む水を処理できる１以上のイオン交換媒体を電気化学的分離モジュール内に含むことが望ましいであろう。

一態様によれば、溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源に流体的に接続されたまたは流体的に接続可能な、供給入口と、供給入口に流体的に接続されたまたは流体的に接続可能な、電気化学的分離モジュールとを含む水処理装置が提供される。電気化学的分離モジュールは、希釈区画、濃縮区画、希釈区画および濃縮区画の間に配置されたイオン交換膜、ならびに、第１電極および第２電極、を含んでもよい。希釈区画の体積の第１部分は、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含んでもよい。希釈区画の体積の第２部分は、供給入口に遠位で配置されてもよい。希釈区画の体積の第２部分は、塩素含有化合物の吸収または吸着時に膨潤または破砕に対する耐性が第２イオン交換媒体よりも大きいなど、塩素含有化合物に対する耐性がより大きい第２イオン交換媒体を含んでもよい。水処理システムは、電気化学的分離モジュールの下流に流体的に接続された生成物出口をさらに含んでもよい。生成物出口は、処理水をさらに下流の処理段階または使用地点に排出するように配置されてもよい。

図１に示された電気化学的分離モジュールを組み込んだ水処理装置の一実施形態が、図２に示されている。示されるように、溶存シリカおよび被処理塩素含有化合物（図示せず）を含む水の供給源に接続されたまたは接続可能な、供給入口１０１は、水の供給源から電気化学的分離モジュール１００の希釈区画１０２および濃縮区画１０４に水を分配するように配置される。水が枯渇区画１０２（図２に矢印で示す）を流れるとき、イオン性種および他の荷電種は、典型的には、ＤＣフィールドなどの電界の影響下で濃縮区画１０４に引き込まれる。正に帯電した種は、複数の枯渇区画１０２および濃縮区画１０４のスタックの一端に配置された第２電極１０８ｂのような陰極に向かって引き寄せられ、負に帯電した種も同様に、区画のスタックの反対端に配置された第１電極１０８ａのような陽極に向かって引き寄せられる。第１電極および第２電極１０８ａ、１０８ｂは、典型的には、枯渇区画１０２および／または濃縮区画１０４との流体連絡から部分的に隔離され得る電解質区画（図示せず）内に収容される。濃縮区画１０４に一旦入ると、荷電種は、濃縮区画１０４を少なくとも部分的に画定し得るイオン交換膜１０６の障壁によって捕捉され得る。例えば、陰イオンは、陽イオン交換膜によって、第２電極１０８ｂに向かってさらに移動し、濃縮区画１０４の外に出ることが防止されてもよい。希釈区画１０２内の処理水は、電気化学的分離モジュール１００の下流に流体的に接続された生成物出口１１２から排出されてもよい。濃縮区画１０４に一旦捕捉されると、捕捉された荷電種は、濃縮流において除去され、廃棄物出口１１４に排出され得る。

いくつかの実施形態では、供給入口に近接して配置された希釈区画の体積の部分は、供給入口に近接する部分の下流にある供給入口から遠位の希釈区画の部分におけるイオン交換媒体よりも、膨潤または破砕に対するより大きな抵抗など、塩素含有化合物に対するより大きな抵抗を有するイオン交換媒体を含んでもよい。希釈区画の体積の第１部分は、図１に示される第１イオン交換媒体１１０ａを有する希釈区画１０２の第１ポーションなど、希釈区画の体積の約１０％から約３０％を占めてもよい。第１イオン交換媒体によって占められる希釈区画の体積のための選択は、入口水質、所望の処理水質、流量、および電気化学セル内の水の滞留時間を含むがこれらに限定されない多くの要因によって決定されてもよい。例えば、希釈区画の体積の第１部分は、希釈区画の体積の約１０％から約３０％、希釈区画の体積の約１５％から約２５％、または希釈区画の体積の約２０％、例えば、希釈区画の体積の約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、または約３０％占めてもよい。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、塩素含有化合物などの酸化種からの膨潤または他の反応に対してより耐性のあるイオン交換媒体を供給入口のより近くに配置することにより、第１イオン交換媒体との接触後の水について、前記塩素含有化合物の濃度がより低くなり、したがって、希釈区画の体積の第２部分においてなど、希釈区画において存在する他のイオン交換媒体が膨潤または構造的完全性を損なう可能性がより低くなり得る。

いくつかの実施形態では、図１に図示される第２イオン交換媒体１１０ｂを有する希釈区画１０２の第２ポーションなど、希釈区画の体積の第２部分は、希釈区画の体積の約７０％から約９０％を占めてもよい。例えば、希釈区画の体積の第２部分は、希釈区画の体積の約７０％から約９０％、希釈区画の体積の約７５％から約８５％、または希釈区画の体積の約８０％、例えば、希釈区画の体積の約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、または約９０％占めることができる。

本明細書に開示されるいくつかの実施形態の水処理システムにおいて、第１イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の一方または両方は、２種以上のイオン交換媒体の混合物を含んでもよい。例えば、第１イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の一方または両方は、少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の混合物であってもよい。各タイプのイオン交換媒体の特定のタイプ（複数可）および特定の量（例えば、％ｗ／ｗまたは％ｖ／ｖ）は、化学組成など、被処理水の特性によって決定されてもよい。いくつかの実施形態では、陽イオン交換媒体および陰イオン交換媒体の二元混合物は、等量、例えば、混合物における各極性媒体の５０％であってよい。あるいは、イオン交換媒体の各極性の相対的な量は、部分的には、化学的攻撃に対する耐性とイオン輸送性能との間のバランスによって決定されてもよい。例えば、約０．０２ｐｐｍより大きいような酸化種、例えば塩素または塩素含有化合物の高濃度を有する水においては、第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体において対応する成分媒体よりも塩素含有化合物に対する耐性がより大きいように選ばれた成分媒体を有してもよい。本明細書に記載されるように、塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有するイオン交換媒体、すなわち陽イオン交換媒体または陰イオン交換媒体は、より高い架橋含有量を有し、したがってより低い含水率を有していてもよい。いくつかの実施形態では、少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の内の少なくとも一方は、約４０から５０％の間の含水率、例えば、約４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、または５０％の含水率を有していてもよい。酸化種は一般に水中の陰イオン、例えばハロゲン化物イオンまたは過酸化物イオンであり、従って、第１イオン交換媒体の陰イオン交換樹脂は、水中に存在する酸化種の吸収およびその後の膨潤または損傷に抵抗するために約４０から５０％の間の含水率、すなわち架橋量の増加を有することができる。いくつかの実施形態では、第１イオン交換媒体は、第１イオン交換媒体に対する膨潤または構造的損傷が、例えば、複数日または複数週間の期間にわたる、そのような水への長期の曝露後に検出されないように、約０．０１ｐｐｍから約０．１０ｐｐｍの酸化種濃度を有する水中で膨潤または構造的損傷に抵抗することができる。例えば、第１イオン交換媒体は、約０．０１ｐｐｍから約０．１０ｐｐｍの酸化種の濃度を有する水中での構造的損傷に抵抗することができ、例えば、第１イオン交換媒体は、約０．０１ｐｐｍから約０．１０ｐｐｍ、約０．０２ｐｐｍから約０．０９ｐｐｍ、約０．０３ｐｐｍから約０．０８ｐｐｍ、約０．０４ｐｐｍから約０．０７ｐｐｍ、または約０．０５ｐｐｍ、例えば、約０．０１ｐｐｍ、約０．０２ｐｐｍ、約０．０３ｐｐｍ、約０．０４ｐｐｍ、約０．０５ｐｐｍ、約０．０６ｐｐｍ、約０．０７ｐｐｍ、約０．０８ｐｐｍ、約０．０９ｐｐｍ、または約０．１０ｐｐｍの酸化種の濃度を有する水中での構造的損傷に抵抗することができる。

いくつかの実施形態では、第１イオン交換媒体は、電気化学的分離モジュールに入る水の供給源からの水の汚染物質負荷を低減するための吸着剤をさらに含んでもよい。吸着剤は、炭素質吸着剤、例えば、活性炭、ゼオライト、金属スポンジ、または他の同様の吸着剤など、水の処理に有用な任意の適切な吸着剤であってよい。いくつかの非限定的な実施形態では、吸着剤は、固定粒径のビーズ状活性炭吸着剤であってもよい。例えば、適切な炭素質吸着剤には、これらに限定されないが、クレハ社（東京、日本）から入手可能なＡ－ＢＡＣ－ＭＰ（平均粒子径０．５ｍｍ）またはＡ－ＢＡＣ－ＬＰ（平均粒子径０．６ｍｍ）が含まれる。他の適切な吸着剤は、当該技術分野で知られている。吸着剤は、約１０％ｖ／ｖまで、例えば、約１％ｖ／ｖ、約２％ｖ／ｖ、約３％ｖ／ｖ、約４％ｖ／ｖ、約５％ｖ／ｖ、約６％ｖ／ｖ、約７％ｖ／ｖ、約８％ｖ／ｖ、約９％ｖ／ｖ、または約１０％ｖ／ｖまで第１イオン交換媒体において存在してもよい。

いくつかの実施形態では、第２イオン交換媒体は、水の供給源から水中のシリカを除去するのに適したイオン交換媒体を含んでなる。本明細書に記載されるように、希釈区画の任意の部分のためのイオン交換媒体の選択は、塩素への曝露に伴う膨潤または構造的損傷に対する耐性などの塩素含有化合物に対する耐性と、イオン輸送性能との間のバランスによって決定され得る。特定の例として、電気化学的分離モジュールの区画間のかさ高い陽イオンである溶存シリカの輸送は、約５から１０％の架橋含有量を有する陽イオン交換媒体を用いて達成されてもよい。他の実施形態では、シリカ除去は、電気化学的分離モジュールの区画内のイオン交換媒体の考慮事項でない場合がある。この構成では、高架橋の、すなわち、より低い含水率のイオン交換媒体を、希釈区画全体および電気化学的分離モジュールの濃縮区画において使用することができる。

本明細書に記載されるように、希釈区画の体積の第２部分において使用されるイオン交換媒体、すなわち陽イオン交換媒体または陰イオン交換媒体は、より低い架橋含有量を有し、したがってより高い含水率を有することができる。これらの実施形態では、これらのタイプのイオン交換媒体は、塩素含有化合物などの酸化種の取り込みまたは吸収による構造的損傷に対する耐性よりも、むしろイオン輸送に適している場合がある。これらのタイプのイオン交換媒体を用いる水処理は、塩素含有化合物の濃度が、希釈区画の体積の第１部分において第１イオン交換媒体によって低減される条件下で動作してもよい。希釈区画の体積の第２部分における第２イオン交換媒体のいくつかの実施形態では、少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の内の少なくとも一方は、約５０から６０％の間の含水率、例えば、約５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、または６０％の含水率を有してもよい。特定の実施形態では、少なくとも１種の陰イオン交換媒体は、約５０から６０％の間の含水率を有する。希釈区画内では、第１イオン交換媒体の少なくとも１種の陰イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体の少なくとも１種の陰イオン交換媒体よりも大きな含水率を有していてもよい。本明細書に開示されるように、希釈区画内の第１および第２イオン交換媒体の間の、相対的な含水率および架橋の程度は、希釈区画への供給水の水質および所望のイオン輸送性能に基づいて決定されてもよい。ほとんどの塩素含有化合物が陰イオン性であるため、第１および第２イオン交換媒体の各々における少なくとも１種の陽イオン交換媒体は、一般に、塩素含有化合物によって影響を受けることはない。したがって、第１および第２イオン交換媒体における陽イオン交換媒体の含水率および架橋の程度は、ほぼ等しくてもよい。この相対的な比率は、性能指標を満たすために必要に応じて調整されてもよく、本明細書に開示される本発明の実施形態は、希釈区画の体積の異なる部分において等しい含水率を持つ陽イオン交換媒体を有することに限定されるものではない。

本明細書に開示される任意の電気化学的水処理装置のいくつかの実施形態では、第１イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の一方または両方は、開示される用途に適した任意の物理的形態であってよい。例えば、第１イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の一方または両方は、架橋ゲル媒体、微多孔性樹脂、またはマクロ多孔性樹脂を含んでもよい。形態の選択は、電気化学的処理モジュールのサイズ、被処理水の品質、および処理後の水の所望の品質に依存し得る。非限定的な例として、薄型セル電気化学的分離モジュールにおいて、希釈区画または濃縮区画の厚さが２．０から３．０ｍｍである場合、水の分解を生じない動作条件下で、希釈区画の第１部分において高架橋、低水分（例えば、４０から５０％の含水率）のイオン交換媒体を用いることが可能である。より架橋されていない、より高い含水率（例えば、５０から６０％の含水率）のイオン交換媒体は、濃縮区画へのシリカの移動の大部分が起こり得る希釈区画の第２部分において使用され得る。別の非限定的な例として、約１０ｍｍの希釈区画および／または濃縮区画の厚さを有する厚型セル電気化学的分離モジュールにおいて、タイプＩおよびタイプＩＩ強塩基陰イオン樹脂およびそれらの混合物の両方を含む希釈区画の第１部分におけるイオン交換媒体は、水中の酸化種にさらされると構造的損傷を受けやすいことが観察されてきた。この構成では、高架橋ゲルイオン交換媒体またはマクロ多孔性イオン交換媒体は、イオン交換媒体の構造的完全性を犠牲にすることなく、希釈区画の第１部分におけるイオン交換媒体の導電率、ひいてはイオン輸送性能を制御する目的にかなうであろう。

本明細書に開示される電気化学的水処理装置のいくつかの実施形態では、濃縮区画の体積は、第１イオン交換媒体と実質的に類似する組成を有する第３イオン交換媒体を含む。第３イオン交換媒体は、本明細書に記載されるような少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の混合物など、２種以上のイオン交換媒体の混合物であってもよい。本明細書で使用される「実質的に類似する」とは、イオン交換媒体の少なくとも１種の成分が同一であり、１０％以内の相対量で存在するという特徴を有する２つの異なるイオン交換媒体の物理的および化学的組成を意味する。例えば、濃縮区画の第３イオン交換媒体は、希釈区画の第１イオン交換媒体または第２イオン交換媒体のいずれかと同じ陰イオン交換媒体および陽イオン交換媒体の組み合わせを有し得るが、各成分の質量パーセントまたは重量パーセントが異なることがある。簡略化した例示として、第１イオン交換媒体は、６０質量％の媒体Ａおよび４０質量％の媒体Ｂを含み、第３イオン交換媒体は、５０質量％の媒体Ａおよび５０質量％の媒体Ｂを含むことができる。第３イオン交換媒体内に存在するイオン交換媒体の相対比は、希釈区画の性能と濃縮区画からの濃縮物の排出とのバランスをとり、希釈区画および濃縮区画を通る圧力損失を低減するように選択されてもよい。

一態様によれば、水中の溶存シリカの濃度を低減する方法が提供される。本方法は、溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源からの供給流を電気化学的水処理装置における電気化学的分離モジュールの供給入口に向けることを含んでもよい。本方法は、第１電極および第２電極にわたって電圧を印加して、減少した濃度の溶存シリカを有する生成物流と、溶存シリカに富む濃縮物流とを生成することを更に含んでもよい。電気化学的分離モジュールは、希釈区画、濃縮区画、希釈区画および濃縮区画の間に配置されたイオン交換膜、ならびに第１電極および第２電極を含んでもよい。希釈区画の体積の第１部分は、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含んでもよい。希釈区画の体積の第２部分は、供給入口に遠位に配置された第２イオン交換媒体を含んでもよく、第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有していてもよい。

いくつかの実施形態では、被処理水の供給源から供給流を導くことは、約１ｐｐｍの溶存シリカ濃度を有する水を導くことを含む。いくつかの実施形態において、生成物流を排出することは、約１ｐｐｂの溶存シリカ濃度を有する生成物流を排出することを含む。

一態様によれば、溶存シリカを含む水の処理を促進する方法が提供される。本方法は、溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源に接続可能な電気化学的水処理装置を準備することを含んでもよい。準備する電気化学的分離モジュールは、供給入口、希釈区画、濃縮区画、希釈区画および濃縮区画の間に配置されたイオン交換膜、ならびに第１電極および第２電極を含んでもよい。希釈区画の体積の第１部分は、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含んでもよく、希釈区画の体積の第２部分は、供給入口に遠位に配置された第２イオン交換媒体を含んでもよい。第１イオン交換媒体は、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有していてもよい。本方法は、水の供給源から電気化学的分離モジュールの供給入口に廃水を導く指示を提供することをさらに含んでもよい。本方法は、さらに、第１電極および第２電極間に電圧を印加して、溶存シリカの濃度が低下した生成物流と溶存シリカに富む濃縮物流とを生成するための指示を提供することを含んでもよい。

これらの実施形態および他の実施形態の機能および利点は、以下の実施例からより良く理解され得る。これらの実施例は、本質的に例示的であることを意図しており、本発明の範囲をいかなる形でも限定するものとは見なされない。

以下の実施例は、市販の供給業者から入手可能な特定のイオン交換媒体を参照する。本開示の電気化学的分離モジュールにおける使用に適した例示的な陽イオン交換媒体は、Ｅｖｏｑｕａ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ＬＬＣ（ピッツバーグ、ＰＡ）から入手可能な両方の強酸性陽イオン交換媒体、Ｃ－２１１ ＵＰＳ（Ｎａ^＋の形態で含水率４２から４８％、架橋度８％）およびＣ－３７３（Ｎａ^＋の形態で含水率４０から４５％、架橋度１０％）樹脂を含むが、これらに限定されるものではない。本開示の電気化学的分離モジュールにおいて使用するのに適した陰イオン交換媒体の例としては、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（ミッドランド、ＭＩ）から両方とも入手可能である、ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＭＡＲＡＴＨＯＮ（登録商標） Ａ（Ｃｌ^－の形態で含水率５０から６０％）およびＤＯＷＥＸ（登録商標） ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ（登録商標） ５５０Ａ（Ｃｌ^－の形態で含水率４２から４８％）樹脂などのタイプ１強塩基陰イオン交換媒体、ならびにタイプ２強塩基陰イオン交換媒体があるが、それだけに留まらない。これらの媒体の種類は例示に過ぎず、本明細書に開示される態様および実施形態は、イオン交換媒体の特定の種類および／または製造業者によって制限されない。

（実施例１）
表１は、塩化物イオンの取り込みによる媒体の膨潤および／または破壊に対する耐性、ならびにシリカ除去性能への影響を評価するために、異なる電気化学的分離モジュールのイオン交換媒体構成（ＡからＤ）の間の比較を示す表である。

電気化学的分離モジュールのイオン交換媒体の構成

モジュールＡに対して、モジュールＢは、高架橋陽イオン樹脂（Ｃ－３７３）を使用したが、同じ陰イオン樹脂（ＭＡＲＡＴＨＯＮ（登録商標） Ａ）を使用したので、この構成は、低架橋陰イオン交換媒体が電気化学的分離モジュールへの供給水に存在する塩素によって膨潤または分解されるという既知の問題を解決することがなかった。モジュール構成ＣおよびＤは、図３Ａおよび３Ｂに示されるように、希釈区画における圧力損失の増加の遅延した始まりを示した。圧力損失の遅延開始は、モジュールＡおよびモジュールＢにおけるイオン交換媒体が、電気化学的分離モジュール内でより早く膨潤するかまたはその構造的完全性を失い、モジュール内で流れの出入りを制限する閉塞を形成するところまで破壊されたことに起因する。モジュールＣは、シリカ除去性能の損失を示さなかったが、モジュールＤは、図４に示されるように、シリカ除去性能が顕著に悪化した。

（実施例２）
表２は、表１からのモジュールＣのイオン交換媒体構成と、そのイオン交換媒体構成の変更（モジュールＣＤおよび濃縮液）との間の比較を示し、塩化物イオン取り込みによる媒体膨張または破壊に対する耐性、シリカ除去性能、および結果として得られる水質を評価する。

電気化学的分離モジュールのイオン交換媒体構成

図５Ａから５Ｂに示されるように、モジュール構成ＣおよびＣＤの両方は、約３ヶ月間、希釈区画（図５Ａ）および濃縮区画（図５Ｂ）において比較的安定した圧力損失の変化を有していた。これは、電気化学的分離モジュールへ供給水中のいかなる酸化種が存在しても、イオン交換媒体が安定であることを示すものであった。モジュールＣは、高架橋樹脂を有する濃縮区画の最初の部分、区画体積の約２０％を含み、区画体積の残りは、低架橋樹脂を含む。モジュールＣＤは、高架橋樹脂で満たされた濃縮区画の体積の全体を含んでいた。モジュール構成ＣＤは、表１のモジュール構成Ｄと比較して、濃縮区画におけるより高架橋なイオン交換媒体の割合がより大きいため、さらなる試験のために選択され、これにより圧力損失がより少なくなった。図６および７に示されるように、モジュール構成ＣおよびＣＤは、シリカ除去の比較（図６）および処理水の抵抗率（図７）において証明されるように、ほぼ等しい性能を発揮した。

本明細書で使用される言い回しおよび用語は、説明のためのものであり、限定的であると見なすべきではない。本明細書で使用されるように、用語「複数」は、２つ以上の項目または構成要素を指す。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「もつ（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」は、書面の説明または請求項などにかかわらず、オープンエンド用語であり、すなわち「含むがそれには限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味するものである。したがって、このような用語の使用は、その後に列挙された項目、およびその等価物、ならびに追加的な項目を包含することを意図している。「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という移行句のみが、特許請求の範囲に関して、それぞれ、閉鎖式の、または半閉鎖式の移行句である。請求項要素を修飾するために請求項において「第１」、「第２」、「第３」などの序数を使用することは、それ自体、ある請求項要素の他の要素に対する優先、優先順位、先行順位、または方法の行為が実行される時間順序を意味せず、単にある名前を有するある請求項要素を同じ名前を有する他の要素（ただし序数項の使用）と区別するためにラベルとして使用されるだけである。

このように少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明してきたが、様々な変更、修正、および改良が当業者に容易に生じるであろうことを理解されたい。任意の実施形態において記載された任意の特徴は、任意の他の実施形態の任意の特徴に含まれ、または代替され得る。そのような変更、修正、および改良は、本開示の一部であり、本発明の範囲内であることが意図されている。したがって、前述の説明および図面は、例示に過ぎない。

当業者は、本明細書に記載されたパラメータおよび構成が例示的であり、実際のパラメータおよび／または構成は、開示された方法および材料が使用される特定の用途に依存することを理解するべきである。当業者は、開示された特定の実施形態に対する等価物を、日常的な実験以上のことを用いずに認識するか、または確認することもできるはずである。

Claims (25)

1. 電気化学的水処理装置であって、
   溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源に流体的に接続可能な供給入口、ならびに、
   供給入口に流体的に接続可能な電気化学的分離モジュールであって、希釈区画、濃縮区画、希釈区画と濃縮区画との間に配置されたイオン交換膜、ならびに第１電極および第２電極を含む、電気化学的分離モジュールを備え、
   希釈区画の体積の第１部分が、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含み、
   希釈区画の体積の第２部分が、供給入口に遠位に配置された第２イオン交換媒体を含み、第１イオン交換媒体が、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対してより大きな耐性を有することを特徴とする、
   電気化学的水処理装置。
2. 電気化学的分離モジュールの希釈区画の下流に流体的に接続された生成物出口を更に含む、請求項１に記載の装置。
3. 第１イオン交換媒体が、第２イオン交換媒体に対してより大きく塩素含有化合物の吸収による膨潤に抵抗する、請求項１に記載の装置。
4. 第１部分が、希釈区画の体積の約１０％から約３０％を占める、請求項３に記載の装置。
5. 第２部分が、希釈区画の体積の約７０％から約９０％を占める、請求項４に記載の装置。
6. 第１イオン交換媒体が、２種以上のイオン交換媒体の混合物を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. ２種以上のイオン交換媒体の混合物が、少なくとも１種の陽イオン交換媒体と少なくとも１種の陰イオン交換媒体との混合物を含む、請求項６に記載の装置。
8. 少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の一方が、約４０から５０％の間の含水率を有する、請求項７に記載の装置。
9. 少なくとも１種の陰イオン交換媒体が、約４０から５０％の間の含水率を有する、請求項８に記載の装置。
10. 第１イオン交換媒体が、約０．０１ｐｐｍから約０．１０ｐｐｍの濃度で存在する塩素含有化合物に長期間にわたって抵抗することができる、請求項６から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 第１イオン交換媒体が、約１０％ｖ／ｖまでの吸着剤をさらに含む、請求項１に記載の装置。
12. 第２イオン交換媒体が、水の供給源からの水中の溶存シリカの除去に適したイオン交換媒体を含む、請求項１に記載の装置。
13. 第２イオン交換媒体が、２種以上のイオン交換媒体の混合物を含む、請求項１２に記載の装置。
14. ２種以上のイオン交換媒体の混合物が、少なくとも１種の陽イオン交換媒体と少なくとも１種の陰イオン交換媒体との混合物を含む、請求項１３に記載の装置。
15. 少なくとも１種の陽イオン交換媒体および少なくとも１種の陰イオン交換媒体の一方が、約５０から６０％の間の含水率を有する、請求項１４に記載の装置。
16. 少なくとも１種の陰イオン交換媒体が、約５０から６０％の間の含水率を有する、請求項１５に記載の装置。
17. 第１イオン交換媒体の少なくとも１種の陰イオン交換媒体が、第２イオン交換媒体の少なくとも１種の陰イオン交換媒体よりも大きい含水率を有する、請求項７から１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 第１イオン交換媒体の少なくとも１種の陽イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の少なくとも１種の陽イオン交換媒体が、ほぼ等しい含水率を有する、請求項７から１６のいずれか１項に記載の装置。
19. 第１イオン交換媒体および第２イオン交換媒体の少なくとも一方が、微多孔性樹脂、マクロ多孔性樹脂、または架橋ゲルを含む、請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 濃縮区画の体積が、第１イオン交換媒体と実質的に同様の組成を有する第３イオン交換媒体を含む、請求項１から１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 電気化学的分離モジュールが、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜の交互シリーズによって分離された複数の希釈区画および複数の濃縮区画を含む、請求項１に記載の装置。
22. 水中の溶存シリカの濃度を低減する方法であって、
    溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源からの供給流を、電気化学的水処理装置における電気化学的分離モジュールの供給入口に導くステップであり、該電気化学的分離モジュールが、
    希釈区画と、濃縮区画と、希釈区画と濃縮区画との間に配置されたイオン交換膜と、第１電極および第２電極と、を含み、
    希釈区画の体積の第１部分が、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含み、
    希釈区画の体積の第２部分が、供給入口に遠位に配置された第２イオン交換媒体を含み、第１イオン交換媒体が、第２イオン交換媒体よりも塩素含有化合物に対して大きな耐性を有する、ステップと、
    第１電極および第２電極にわたって電圧を印加して、溶存シリカの減少した濃度を有する生成物流と、溶存シリカに富む濃縮物流とを生成するステップと、
    を含む方法。
23. 被処理水の供給源から供給流を導くことが、約１ｐｐｍの溶存シリカ濃度を有する水を導くことを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 約１ｐｐｂの溶存シリカ濃度を有する生成物流を排出することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
25. 溶存シリカを含む水の処理を促進する方法であって、
    溶存シリカおよび塩素含有化合物を含む水の供給源に接続可能な電気化学的水処理装置を準備するステップであり、該電気化学的水処理装置が、
    供給入口、希釈区画、濃縮区画、希釈区画と濃縮区画との間に配置されたイオン交換膜、ならびに第１電極および第２電極を含む電気化学的分離モジュールを含み、
    希釈区画の体積の第１部分が、供給入口に近接して配置された第１イオン交換媒体を含み、
    希釈区画の体積の第２部分が、供給入口から遠位に配置された第２イオン交換媒体を含み、第１イオン交換媒体が第２イオン交換媒体より塩素含有化合物に対するより大きな耐性を有する、ステップと、
    水の供給源からの廃水を電気化学的分離モジュールの供給入口に導くための指示を提供するステップと、
    第１電極および第２電極間に電圧を印加して、溶存シリカの濃度が低下した生成物流と、溶存シリカに富む濃縮物流とを生成するための指示を提供するステップと、
    を含む方法。

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