KR20000029977A - 고효율역삼투작용을위한방법및장치 - Google Patents
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Abstract
약산성 양이온 교환 수지에서 동시 제거에 의한 비수산화물 알칼리성과 경도를 제거하기 위해 막 분리를 경유한 물 처리를 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 10.5까지 또는 그 이상으로 pH를 조정함으로써 실리카와 같은 드물게 이온화가능한 성분을 이온화하는 단계를 포함하고, 막에 의한 상기 분리는 확실히 증가되고, 보론, 실리카 및 TOC의 통로는 10 또는 그 이상의 계수에 의해 감소되고, 90% 또는 그 이상의 회복율은 염수로 얻을수 있으며 이때 세척 주기의 감소도 동시에 얻을수 있고, 물 처리 방법을 위해 사용된 장치는 역삼투 막(30), 혼합 베드 이온 교환 유닛(44, 46), 미세 필터(48), 자외선 살균 유닛(49), 이산화탄소 제거 유닛(20), 및 전기탈이온 유닛(150)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
최소한의 관리가 요구되는 장치에서, 바람직한 순도의 물을 공급할 수 있는 단순하고, 효율적이며 비싸지 않은 공정을 위한 지속적인 요구가 존재한다. 특히, 다양한 산업 분야, 즉 반도체, 제약, 생물공학, 흐름 전력 발전, 및 핵발전 작동과 같은 곳에서 필요한 고순도 물 시스템을 위해 작동 비용과 자본 비용이 낮으며, 급수 사용을 보다 효과적으로 하는 것이 바람직하다.
상술한 산업을 위한 최고의 물 처리 시스템에서, 장치 디자인과 작업 파라미터는, 현재의 드문 용해가능 종류의 용해성 제한에 대해 선택된 장치에서 허용될 수 있는 최종 농도(일반적으로 전체 용해된 고체, 또는 "TDS"로 표현)와 일반적으로 동일하다. 특히 규소, 황산 칼슘, 및 황산 바륨은 종종 최종 획득 가능한 농도를 제한한다. 대부분의 경우에, 핵전력 발전과 초고순도 물 장치 작동을 포함하며, 보론이나 양쪽성 물질에 유사하게 작용하는 다른 화합물은 종래 작업된 RO 시스템에서 막을 가로질러 비교적 낮은 방출을 가지고, 디자인이나 작동 제한을 규정할수 있다. 보다 일반적으로 상기 화합물의 존재는 수용가능한 순수한 물을 생산하기 위해 필요한 부가적인 후 RO 처리법, 즉 삼투로 알려진 역삼투 산출 물이 모자라는 결과를 초래한다. 어떠한 경우에, 막 작업 처리량이 증가하는 결과와 스케일 형성및 마찬가지로 막 수명에 영향을 미치는 가능한 해독을 피하기 위해, 물 처리 장치에 근거한 막의 디자인과 작업은 스케일 형성의 다른 형태와 규소의 가능성을 인식해야 하고, 물 회복율과 그에 따른 작업 실행을 제한해야 한다. 실질적으로, 전형적인 RO 장치 실험은 투과 유속, 또는 투과 특성의 악화를 감소하거나 막을 가로지르는 낙하 압력을 증가하고, 일정한 간격으로 막의 화학적 세척을 필요로 한다. 상기 세척은 막 스케일링, 입자 오염, 또는 생물 오염, 또는 이들의 조합으로 인해 요구된다. 상기 막 세척 주기로 인한 생산 손실, 불편함 및 비용때문에, 요구되는 화학적 세척 시간을 가능한한 길게 하는 것이 유리하고, 고순도 투과의 생산을 확실히 얻을 수 있고 바람직하지 않은 이온종류를 효과적으로 방출한다.
1980년대 중반에서 말기에 박막 화합물 막의 도입과 일반적인 채택으로, RO 기술에서의 개선은 자연적으로 진행되었다. 바람직한 방출과 흐름을 얻기위해 필요한 작업 압력(막 표면 영역의 유닛당 투과 산출물 속도, 일반적으로 1일당 막의 평방 피트당 갤런, 또는 1일당 평방 미터당 리터로써 표현된다)은 느리게 감소되어, 박막 화합물 막의 평균 방출은 점차 개선되었다.
역사적으로, 염수 RO 시스템은 급수의 오염 경향과 스케일링에 의한 회복과 흐름 속도에 의해 제한되어 왔다. 종래의 염수 RO 시스템의 제한과 비교하면, 유속이 확실히 증가될 수 있고, 회복 제한이 삼투압에 의해 지시될 때, 한 지점에서 염수 급수의 스케일링과 오염 특성을 감소하는 것이 바람직하다.
전형적인 최종 사용자의 관점으로부터, RO 기술에서 개선된 영역-그들중 하나는 염소 허용오차-이 요구되었다. 적어도 부분적으로 그들의 표면 전하와 특성에 기인한 박막 화합물 막은 생물학과 입자 오염 경향이 있다. 임의의 급수, 특히 표면수 소스로부터, 막 오염과 오염에 대항할 필요가 있는 잦은 세척은 때로는 힘들고, 비싸며, 시간이 소비되는 작업을 나타낸다.
전체 유기 탄소(TOC), 규소, 보론류와 같은 약하게 이온화된 종류의 방출은 나트륨, 염화물등과 같은 강하게 이온화된 종류를 위한 방출보다 확실히 좋다. 후-RO 이온 변화의 효율은 RO 투과에 나타나는 약한 음이온의 레벨에 의해 결정되기 때문에, RO 유닛 작동에서 가능한한 약한 음이온을 제거하는 것이 이롭다. 다른 말로 하면, RO 단계에서 보다 많은 규소(및 보론)을 제거(방출)함으로써, RO 유닛을 뒤따르는 이온-변화 유닛 작업에서 높은 작업 효율이 얻어진다.
이중 통로 RO(산출 단계) 시스템 디자인이 나타나 있는 1986년 3월 4일에 발행된 피트너의 역삼투 시스템을 위한 미국 특허 제 4,574,049호에 개시된 RO 공정을 제외하고, 이산화탄소는 RO 투과에서 음이온의 가장 큰 부분을 나타낸다. 그러나, 이산화탄소의 투과 함량은 동일(절대) 레벨에 머무르고, 음이온 부하의 큰 부분을 나타내기 때문에, 다중 통로 RO 형태는 종래의 RO 시스템 작동 상태이하의 아주 적은 이익도 제공하지 않는다. 단일 통로 RO 시스템에서 약한 음이온의 높은 방출은 확실한 개선이 찾아질 때, 다른 영역에서 고려되어진다.
약하게 이온화된 종류의 방출이 증가하는것 외에, 강하게 이온화된 종류의 증가된 방출이 바람직하다.
RO 시스템 실행에서의 개선이 이로울때, 회복률 또는 체적 효율은 다른 파라미터이다. RO에 들어오는 공급의 약 75%가 유용하게 사용될 때, 전형적인 RO 시스템은 약 75%의 회복율로 작업하고, 나머지(25%)는 방출된다. 전세계적으로 물이 점차 희귀해지고 점차 비싸지기 때문에, RO 시스템에서의 최대 취득 가능 회복율의 증가는 중요한 목표이다.
작동 흐름의 증가는 최종 사용자에게 항상 중요하고 증가된 흐름은 주요 비용을 감소시킨다.
후-RO 유닛 작업을 위한 단순화와 비용 감소는 최종 사용자에 의해 모색된다. 이는 초고순도 물에서 불순물의 허용 레벨이 반도체 장치 기하학에서 강화된 디자인 규칙을 계속적으로 감소하기 때문이다. 그러므로, 초고순도 물 시스템에서 낮은 오염균 레벨이 요구된다. 결과적으로, 후-RO 시스템 구성 요소의 비용과 복잡성은 최근에 극적으로 증가하였다.
높은 순도 물 공정 과정과 그들을 실행하기 위해 요구되는 하드웨어는 복잡하고 비싸다. 사실, 재생가능한 혼합 베드 이온 교환 시스템은 전체 초고순도 물 처리 시스템에서 가장 비싼(그리고 복잡한) 단일 유닛 작업/공정을 나타낸다. 그러므로, RO 처리된 물의 특성에서 확실한 개선은 초고순도 물 시스템의 전체 비용과 복잡성을 충분히 감소시킨다.
고순도 물 처리 응용에서 그리고 폐수 처리 응용에서 다양한 시도가 있었고, 이들 노력은 중성 부근 pH나 중성의 수용액에 드물게 용해되는 임의의 이온을 효과적 방출을 개선하기 위한 것이다. 상기 시도는 종래의 경도 제거를 특징으로 하고, 화학적인 첨가로 pH를 증가한다. 상기 한 방법은 REDUCING AQUEOUS BORON CONCENTRATION WITH REVERSE OSMOSIS MEMBRANES OPERATING AT HIGH PH로 Tao등에 의해 1993년 10월 5일에 발행된 미국 특허 제 5,250,185호에 개시되어 있다. 그의 바람직한 실시예에서, 2가의 양이온을 제거하기 위해 나트륨형에서 작업되는 약산성 양이온 이온-교환기에 의한 종래의 제올라이트 연화제의 사용을 제공한다. 장치의 한계와 공정 디자인을 고려하여, 전처리 단계는 단단한 스케일을 형성하는 것을 방지하기 위해 스케일 억제제를 포함하는 급수를 투여하는 비싸고 바람직하지 않은 단계가 뒤따른다. 또한 그의 방법은 본 출원인이 관심있는 많은 응용분야에서 이점이 있는 경도와 알칼리성을 동시에 제거하는 단계를 제공하지만, 그의 방법은 그의 방법에서 두 가지 부가 하류 연화 단계가 필요하다는 사실에 의해 제거 단계에서 고효율을 제공하지는 않는다. 더구나, 탄화수소 화합물(단지 탄소와 수소를 포함하며, 일반적으로 이온화되지 않는다)을 포함하는 물을 생산하는 유전에 대해 청구되고 묘사된 그의 응용은 본인에게 흥미는 있지만, 상기 화합물은 대개 전체적으로 부족하다. 본인에게 가장 흥미있는 응용에서, 부식산과 풀브산과 같은 자연적으로 발생하는 다수의 유기산이 처리를 위해 나타난 표면수에서 특히 존재한다는 것이다.
또한 고순도 물 응용에 사용된 방법은 METHOD OF DESALINATION WITH A REVERSE OSMOSIS MEMBRANE UNIT이 Yokoyama등에 의해 1984년 6월 29일에 발행된 일본 KOKAI No. Sho 58-112890호에 개시되어 있다. 그의 실시예들은 한 실시예에서는 연화단계 없이, 다른 실시예에서 연화를 위한 강산성 양이온 교환 수지("SAC")의 전처리 공정을 이용하는 역삼투 유닛을 개시한다. 그의 방법은 임의의 급수를 위한 작업이지만, RO 막의 스케일링을 방지하는 동안 채택될 수 있는 높은 pH 레벨에서 어떻게 작동하는지는 알리고 있지 않다.
본원을 더 잘 이해하기 위해, 기본 물 화학 원리를 이해하는 것이 유용하다. 탄산칼슘에 대해, 예를들면, 최종 방출 영역에서 RO 막상의 침전류 생성은 Langelier Saturation Index(LSI)로 공지된, Langelier Index의 사용에 의해 예보된다. McGraw-Hill사에 의한 Nalco Water Handbook(copyright 1979)를 참조하라. 상기 지침은 일반적으로 다음으로 공식화되어 있다:
LSI = pHreject-pHs
여기서 pHs= CaCO3(방출) 농도에서의 pH 및
pHs= pCa + pAlk + C
이때 pCa = Ca++이온 농도(m/l)의 -log
pAlk = HCO3 -이온 농도(m/l)의 -log
C = RO 방출의 처리와 전체 이온 강도에 근거한 상수
주어진 RO 방출수에서, 탄산염 스케일링을 피하기 위해, LSI를 음으로, 즉 CaCO3를 용해하는 상태로 유지하는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 현장에서, 임의의 형태의 안티-스컬런트 첨가제를 사용하고, CaCO3스케일 형성 결과물없이 약 +1.5까지의 LSI가 허용된다는 사실을 알수 있다. 어떠한 경우에는, 주어진 RO 방출의 pH에서, 바람직하지 않은 스케일 형성을 피하기 위해 pHs는 최소화되어야 한다. 상기 관점에서 볼때, 임의의 RO 전처리 작업에서 연화 단계로부터 칼슘이 부족할 것이라는 것을 알수 있다. 그러므로, 정제하지 않은 급수 경도와 실행된 전처리 공정 구성에 따라, 처리된 RO 급수에 나타나는 Ca++이온의 농도에 의해 pCa 용어의 획득가능한 값의 하한이 예상된다. 더구나, 모든 경우에, C의 값은 온도와 전체 이온 강도에 의해 고정된다. 그러므로, 획득가능한 범위에서 LSI를 유지하기 위해-스케일이 없는 RO 작업을 제공하기 위해- 칼슘의 부족(또한 마그네슘과 같은 다른 경도도)은 결정적 요인이 된다. 상술된 Tao등에 의한 특허는 다양한 형태의 일련의 연화장치를 제공함으로써 상기 문제점에 접근하고 있다. 특히, 그는 이와 관련한 피할 수 없는 높은 자본과 작업 비용을 수용하였다. 한편, Yokoyama는 칼슘 제거의 정도와 일치하는 pH로 RO 작업을 제한하기로 결정하였다. 그가 RO 방출을 pH 9로 작업하고 RO에서 농도 요소가 5("5X")일 때, 개시된 이온 교환 트레인으로부터의 Ca++누설량을 0.1ppm으로 가정한다면, 그의 RO 작업은 약 -0.5의 LSI를 가지는 RO 방출을 제공할 것으로 예상된다. 비스케일링 작업을 위한 LSI는 스케일 억제제를 가질수도 있고 아닐수도 있다. 그러나, 만약 Yokoyama의 실시예에서 pH가 11로 증가된다면, 즉 동일한 전처리 방법이 주어진다면, 약 +2.4의 LSI가 기대된다. 상기 경우에, 방출수의 Langelier Saturation Index는 현행 안티-스컬런트가 스케일없는 RO 작업을 제공하는 능력을 가질 때 상기 레벨 이상일수 있다.
그러므로 대부분의 경우에, 종래 방법은 하나 이상의 다음 단점을 가지는 것으로 알려져 있다: (a)아주 높은 pH레벨에서 실질적으로 스케일 없는 작업을 위해 필요한 비-수산화물 알칼리성 레벨과 낮은 경도를 얻을수 없다; (b)경도 누설을 최소화하기 위해 부수 작업 비용을 가지는, 과다하고 비싼 장치에 의존한다; (c)RO 방출의 LSI를 감소하기 위해 경도 감소에 주로 의존한다(그리고 고효율 탈알칼리화 제공 단계를 포함하지 않는다) 및 (d)스케일 형성을 방지하기 위한 안티-스컬런트 첨가제에 의존한다. 그러므로, (a)아주 낮은 잔여 레벨로의 경도 제거 및 (b)높은 pH 레벨에서의 문제점없는 RO 작업을 연장하기 위한 고효율 탈알칼리화를 이용하는 본인의 단순한 처리 공정의 이점은 아주 중요하고 자명하다.
더구나, 스케일 형성으로 인한 상부 농도 계수 제한때문에, RO 시스템은 정제되지 않은 급수의 약 25% 이상을 이용하는 것이 불가능하다. 또한 약 75%보다 큰 회복 레벨에서, 정제되지 않은 물 화학성질에 따라, 종래의 RO시스템에서 화학적 스케일링과 생물학적 오염의 제어는 오랜 시간동안 얻으려고 시도했지만 대부분 제어가 어렵다. 그러므로, 약 75%의 초과 물 회복율을 가지는 RO 시스템의 광범위한 상업적 사용은 달성할 수 없다.
물은 점점 비싸지기 때문에, 또는 공급이 부족하기 때문에, RO 시스템의 정제되지 않은 물 공급에 대한 처리된 제품의 비율을 증가시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 오늘날 얻어질 수 있는 것보다 높은 전체 회복율에서 가능한 물 처리에 의한 물처리 비용을 감소하는 것이 바람직하다. 최종적으로, 오늘날 얻어질 수있는 것보다 긴 수명과 훨씬 나은 시스템 능력을 가지는 더욱 더 어려운 물 처리 장치를 만드는 것이 바람직하다는 것은 명백하다.
내가 아는한에서는, 지금까지 고순도 처리된 물제품을 생산하기 위해 오랜 기간동안, 연속적이고 지속적인 작업에서 약 pH 9보다 높은 물 처리 시스템에 근거한 역삼투를 실행하는 방법은 없었다. 종래 기술은 화학적 첨가제를 사용하고, 결과 물 회복과 최종 농도를 제한하고, 적당한 pH의 사용에 의해 저항 스케일 형성 또는 디자인으로 근접한다. 역사적으로, 셀룰로오스 아세테이트 막은 대략 4에서 7의 pH범위로 작업이 제한되어 있다. 새로운 폴리아미드 및 박막-화합물형 막은 약 4에서 8의 pH범위에서 작업된다. 보다 높은 pH 작업이 특별한 목적을 위해 시도되었지만, 이는 비실리카 관련 실시예이다. 그리고, 내가 알고 있는 한에서, 실리카가 관련된 경우, 보다 높은 pH 작업이 2차 통로 RO 응용에 사용되더라도, 중성 또는 중성 부근 pH의 작업을 가지는 1차 통과 RO 작업후에 얻어질수 있다. 상기 경우에, 유기물이 특정 관계에 있을 때, pH는 5 미만, 특히 4 미만의 범위인 것이 바람직하다.
물처리를 위한 종래 기술과 비교해보면, 본원에 사용된 방법은 바람직한 농도 계수를 유지하는 동안 가능한 막을 이용하는 최대 실행가능 pH에서 1차 통과 작업동안 스케일링 현상의 발생을 사실상 제거하는 디자인 원리를 이용하고, 그 결과 물 회복의 이득을 가진다.
요 약
본 출원인은 최대로 낮은 실리카 농도를 가지는 고품질 투과를 하기 위해, 높은 pH에서 막 분리에 따르는, 활동 경도와 알칼리성 제거에 근거한 신규한 물 처리법을 발명했다.
독특한 급수 처리 방법에서, 적당한 화학적 화합물의 정제하지 않은 급수는 경도와 알칼리성을 동시에 제거하기 위해, 수소형으로 작업되며, 약산성 양이온 이온 교환 수지로 처리된다. 약산성 양이온 이온 교환 수지는 경도 타개로 인한 종래 이온 교환 시스템이 실패한 정제하지 않은 급수 경도와 알칼리성 레벨의 입수에서 작업된다.
본원의 폐수 처리 장치에서 사용된 바람직한 처리 트레인 디자인은 다수의 중요하고 심각한 문제점을 해결한다. 먼저, 비수산화물 알칼리성의 실질적 제거와 관련한 낮은 경도는 황산염, 탄산염, 또는 규산염 음이온과 관련한 스케일 형성 화합물의 침전을 실질적으로 제거한다. 그러므로, 세척 장치가 최소화된다. 이는 물 처리 장치가 물 생산 손실을 피하고, 그렇지 않으면, 세척 주기동안 손실 생산을 보상하기 위해 처리 장치의 바람직하지 않은 크기 증가를 초래하기 때문에 경제적으로 아주 중요하다. 둘째, 바람직한 높은 pH 작업 환경은 막 시스템에 의해 상기 종류가 우선적으로 방출되어지도록 하기 위해, 중성 또는 중성 부근 pH 수용액에서 드물게 이온화되는 다양한 종류에서 얻어지는 높은 수준의 이온화를 가능하게 한다. 마지막으로, 높은 pH에서의 작업은 생물학적 오염에 대한 보호를 제공하여, 산출수의 바람직하지 않은 오염을 방지한다. 바람직한 높은 pH에서, 세균과 내독소는 효과적으로 파괴된다. 본질적으로 본원에 따라 작업되는 물 처리 시스템은 종래의 RO 시스템을 위해 대개 고려되어지는 세척 상태에서 작업된다.
본 출원인은 물 처리에 사용하기 위해 신규한 방법 디자인을 개발했다. 한 실시예에서, 상기 방법은, 방출 흐름을 포함하는 고용질과 산출물 흐름을 포함하는 저용질을 생산하기 위해, (ⅰ)경도, (ⅱ)알칼리성, 및 (ⅲ)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때, 드물게 이온화되는 분자 종류에 의해 특징되어지는 급수 흐름의 처리와 관계가 있다. 상기 방법은 (ⅰ)정제하지 않은 급수 흐름으로부터 경도 제거하는 단계, (ⅱ)정제하지 않은 급수 흐름으로부터 알칼리성 제거하는 단계, (ⅲ)경도 제거 단계동안 만들어진 용해 가스 제거 단계중 하나 이상의 효과에 의해, 임의의 순서로, 선택된 pH에서 바람직한 농도 계수로 정제되지 않은 급수가 농축될 때, 스케일 형성을 위해 정제되지 않은 급수의 특성을 효과적으로 제거하는 것과 관계가 있다. 그러면, 급수의 pH는, 실리카와 다른 종류의 높은 방출율로 얻어진 이득이 부가 비용을 능가할 때까지, 적어도 약 8.5, 또는 9.0까지, 또는 약 10까지, 또는 바람직하게는(현재 가능한 박막 화합물형 막으로) 10과 11 사이의 범위로, 또는 11을 초과하여, 그리고 가장 바람직하게는 약 12 이상으로 선택된 pH까지 올려진다. 현재 가능한 박막 화합물 막에서, 약 10.5까지 pH를 조정하는 것은 긴 수명의 막을 손상시키지 않고도 상기 방법의 가장 큰 이득을 제공한다. pH 증가는 연화되고 탈알칼리된 급수에 선택된 베이스를 첨가함으로써 얻어지고, 보다 더 바람직하게는 음이온 이온-교환의 사용에 의해 또는 직접 주입에 의해 얻어진다. pH 증가는 중성 또는 중성 부근 pH일 때 증가된 이온화를 향해 드물게 이온화되는 분자 종류를 자극한다. 대안 개념은 양성자 첨가 가능, 즉 양성자 수용 물질 또는 베이스가 증가되는 것이다. 급수에 맞춰진 pH는 전형적으로 역삼투형의 막 분리 장치를 통해 보내지지만, 미소 여과법 또는 다른 적당한 형태 또는 다른 가능한 형태, 또는 미래에 가능한, 또는 현재 실행 가능한 형태로 방출 흐름과 산출물 흐름을 생산한다. 막 분리 장치는 이상적으로는 그를 통한 이온화된 종류의 통로에 실질적으로 저항하는 반투과 막을 가지는 형태이다. 본원의 방법에서 가장 중요한 것은, 막 분리 장치가 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화되는 바람직하지 않은 종류가 실질적으로 없는 산출물 흐름을 만들어낸다는 것이다.
목적, 이점 및 특징
상술한 바와 같이, 본 발명의 가장 중요하고 주요한 목적은 사전 선택된 최대로 높은 순도 질의 물 산출 흐름을 오랜 작업 주기동안 연속적으로 안정되게 생산하기 위해, 물의 처리를 위한 신규한 방법을 제공하는데 있다.
보다 분명하게, 본 발명의 가장 중요한 목적은 고효율로 작업할 때 고순도 물 생산의 방법을 안정적으로 제공하기 위해, 일반적인 스케일링과 오염 문제를 피할수 있는 물 처리 방법에 근거한 막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 물 처리를 위한 방법의 제공에 있다:
- 간단하고, 직접적인 방법으로 행해지는 선택된 급수로부터 경도와 알칼리성을 제거;
- 최소의 유닛 공정 장치; 복잡한 화학적 공급 시스템을 피하거나 최소화;
- 현존하는 기술적 물 처리 장치보다 적은 물리적 공간 요구;
- 건설하고, 시작하고, 제공하기가 용이;
- 고효율, 즉 물 처리 장치에 급수 입력의 양에 비해 높은 산출 물 출력을 제공;
- 상기 목적과 관련하여, 현재 경우보다, 물 사용자에게 그리고 물 처리 장치 작동자에게 낮은 유닛 비용을 제공;
- 앞서의 목적과 관련하여, 일반적으로 사용되는 화학적 첨가제, 특히 스케일 방지제의 사용을 실질적으로 제거함으로써 최상의 물 처리 설비에서보다 적은 화학제품을 사용함.
본 발명의 한 실시예의 특징은 실질적으로 높은 pH RO 작업과 완전한 경도와 알칼리성을 완전 제거 한 약산성 양이온 이온-교환의 독특한 조합의 사용이고, 이에 의해 방출 물의 비율을 최소화하는 물처리 장치를 가능하게 한다. 이는 전체 사이클을 효율적으로 높게한다.
본 발명의 또 다른 특징은 실리카, 보론 또는 TOC와 같은 약하게 이온화가능한 종류를 최대로 이온화하기 위해 높은 pH 작업을 하는 것이고, 이로 인해 유사 화학품의 급수 처리때 종래의 RO 처리 시스템의 한계를 넘는 실리카, 보론, 또는 TOC 방출 레벨로 작업이 가능하다.
본 발명의 또 다른 특징은 RO 막 필요장치의 증가없이 용량을 늘리기 위해, 현재 방법 디자인에 따라 작업하는 현재 RO 장치를 개선하는 것이 가능하다는 것이다.
본 발명의 또 다른 방법은 종래 RO 시스템 디자인을 실행할 수 있는 것보다 높은 유속 레벨에서 작업하는 동안 높은 순도 산출물을 제공할 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 중요하고, 특징적이며, 부가적인 이득은 첨부한 도면을 참조하여 첨부된 청구항으로부터, 그리고 상세한 설명으로부터 당업자라면 쉽게 알수 있다.
도면에서, 동일 형태는 다른 언급없이도 동일한 참조 번호에 의해 지칭될 것이다.
본 발명은 물 처리, 정화 및 농축 시스템에 근거한 막에서 물의 처리를 위한 방법과, 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다. 한 실시예에서, 본 발명은 용질 방출을 증가시키는, 역삼투("RO") 장치의 작동과 급수 선처리를 위한 방법과 관계가 있고, 이에 의해 고순도(저용질 포함) 제품의 물을 생산하고,물처리 장치의 활동 능력을 확실히 증가시킨다.
도 1은 pH의 기능으로써 수용액에서 실리카 이온의 이온화율을 도시하는 도면,
도 2는 고효율 역삼투 작업을 위한 본원의 제 1 실시예를 도시하고, 경도와 비수산화 알칼리성의 동시 제거를 위한 약산성 양이온 교환 유닛의 사용을 도시하는 도면,
도 3은 고효율 역삼투 작업을 위한 본원의 제 2 실시예를 도시하고, 이때 경도는 나트륨 제올라이트 연화및 선택적 라임 또는 라임/소다 연화에 의해 감소되는 것을 나타내는 도면,
도 4는 고효율 역삼투 작업을 위한 본원의 제 3 실시예를 도시하고, 정제되지 않은 급수에서 알칼리성은 산성 첨가제에 의해 충분히 감소되고, 경도는 라임 또는 라임/소다 연화에 의해 선택적으로 감소될 때, 장치 형태를 도시하는 도면,
도 5는 본원의 신규한 방법을 이용하는 파일롯 역삼투 테스트에 채용된 역삼투 막을 위한 평방 인치당 파운드 대 시간(PSID v. Months)에서 다른 압력을 도시하는 도면,
도 6은 본원의 신규한 방법을 이용하는 파일롯 역삼투 테스트 장치에 채용된 역삼투 막을 위한, 분당 리터 대 시간에서 정규 투과 흐름을 도시하는 도면,
도 7은 본원의 신규한 방법을 이용하는 파일롯 역삼투 테스트 장치에서 역삼투 방출 흐름에서 실리카 농도를 도시하는 도면,
도 8은 본원의 신규한 방법의 파일롯 테스트에서 채용된 역삼투 막을 위한 실리카 대 시간의 방출율을 나타내는 도면,
도 9는 하나 이상의 RO 막을 통해 지나는 투과를 하기 위한 초기 급수의 부분을 진행하기 위해 다중통과 RO 공정을 이용하는 RO 시스템 작업의 방법을 이용하는 것을 도시하는 도면,
도 10은 보일러 공급 구조 물, 또는 냉각 타워 구조 물, 또는 세정기 구조 물을 위한 본원의 RO 시스템 작업 방법의 이용을 도시하는 도면,
도 11은 고순도 물 산출물을 위한 전기탈이온화 장치와 공동하여 본원의 RO 작업 방법의 이용을 도시하는 도면,
도 12는 본원의 고효율 RO 방법의 한 형태를 위한 작업 공정을 나타내는 도면,
도 13은 종래의 RO 시스템 공정 디자인을 위한 시스템 개략도를 도시하는 도면, 및
도 14는 본원에 명시된 디자인과 작업 개념을 이용하는, 본원의 고효율 RO 공정을 위한 작업 공정의 한 실시예를 나타내는 도면이다.
본 출원인은 RO 시스템의 공정 디자인 및 작업에 대한 새로운 방법을 개발하였다. RO 시스템의 공정 디자인 및 작업에 대한 새로운 방법은 철저하게 실험되어졌다. 상기 방법은 RO 작동 장치에서 중요한 향상을 얻을 수 있음을 보여준다.
본원의 HERO(상표명)제 RO 공정 디자인 및 작업을 특정하는 성질은 아래와 같다.
(1) 모든 불순물, 특히 TOC, 실리카, 붕소등과 같은 약산성 음이온의 매우 높은 방출,
(2) 매우 높게 얻을 수 있는 회복 - 90% 또는 그 이상의 회복을 얻을 수 있다.
(3) 생물오염이 본질적으로 제거되어진다.
(4) 미립자 오염이 실질적으로 감소되어진다.
(5) 세척 빈도가 실질적으로 감소되어진다.
(6) 높은 작업 pH에서 존재하는 결과물 화학 종류에 의해 또는 어떤경우에는 제 1 장소에서 염소가 첨가될 필요가 제거되기 때문에, 급수에서 염소의 제거가 필요하지 않다.
(7) 스케일 반응 억제제의 첨가가 실질적으로 제거되어진다.
(8) 실질적으로 큰 유속이 얻어진다.
(9) 종래의 RO 시스템과 비교하여 전체적인 기본비용이 감소된다.
(10) 종래의 RO 시스템과 비교하여 전체적인 작업 비용이 감소된다.
(11) 초고순도의 물 시스템의 복잡성이 현저하게 감소되어진다.
HERO제 RO 시스템은 높은 특이점(site-specific)을 갖는다. 개별적인 처리단계는 특정 위치에서 특정 급수에 적합하도록 주문을 받아서 만들어진다. 다른 사이트에 대한 전처리 공정에서 차이가 있음에도 불구하고, 하나의 처리 파라미터는 모든 응용에서 공통적으로 사용되어지는데, 즉 다시 말하면 RO 시스템은 가장 높은 이용가능한 방출 pH에서 작동되어진다. 현재의 유용한 RO막에 대한 최고 허용 pH 제한(예를들면, FILMTEC(R)제 RO 요소에 대한 pH 11)은 일관되게, 전형적인 HERO제 RO 시스템에서는 측정된 RO 방출 흐름이 pH 11이 될때까지 작동되어지도록 설계되어진다.
본 HERO제 RO 처리에 의해 허용되는 매우 높은 농도율(즉 퍼센트 회복)때문에 , RO 공급 pH는 대응되게 낮다. 예를들면, 90% 회복으로 작동하는 시스템에서는, 만약 RO 공급이 탄산염이나 인산염등과 같은 존재에 의해 다소 완충되어진다면, 공급 pH 10은 대략 pH 11에서 방출 흐름을 발생시킨다. 전형적으로 약 75% 회복으로 작동되는 종래의 RO 시스템과 상이하다면, HERO제 RO 시스템은 RO 방출의 삼투압에 의해 제한된 90%나 그 이상의 회복에서 순환적으로 작동되어진다. RO 공급에서 방출까지 증가하는 pH는 매우 높은 회복으로 확대되어진다. 이것으로, 최대 허용 pH는 RO 방출 상태에 대해 특별하게 적용되어질 수 있다.
pH 11에 가까울때까지, 또는 pH 11 또는 그 이상까지 방출하는 RO 시스템을 작동시키기 위하여, 몇몇의 처리상태는 RO 막상에 스케일 형성의 가능성을 효과적으로 제거시키기 위하여 결합되어진다. 또한 그러한 처리상태는 매우 높은 회복율에서 RO시스템을 작동시키기 위하여 필요하다. 이러한 처리상태는 다음과 같다.
(1) RO 공급에서 칼슘, 마그네슘, 스트론튬 및 바륨의 농도가 실질적으로 제거되어져야하고, 바람직하기로는 0에 가까운 것이 좋고, 가장 좋은 방법은 0이 되는 것이다.
(2) 유기적으로 결합한 종을 포함하는 알루미늄, 철 및 망간 함유량 뿐만 아니라 그러한 물질을 포함하는 아교질의 입자의 존재가 실질적으로 제거 되어져야 하고, 바람직하기로는 0에 가까이 되는 것이다.
(3) 완충제 음이온(특히 중탄산염, 또는 탄산염, 및/또는 인산염 종류)은 실제로 얻을 수 있는 레벨이 최소상태가 되도록 감소되어져야 한다.
상기 처리상태 필수요소를 달성하기 위해 특정 작동 및 제어 지점의 선택은 각각의 특정 급수의 특성에 의해 영향을 받는다. 게다가,필요한 퍼센트 회복(또는 특정 적용에 대한 소망)은 작업 및 제어지점 판정기준에 영향을 받는다. 도 2는 RO 유닛 처리장면을 나타낸다.
제 1 단계는 만일 필요하다면, 급수의 경도 내지 알칼리성 비율을 조절하는 것이다. 알칼리 첨가에 의해 전형적으로 실행되는 이러한 최적화 비율은 다음 처리단계에서 경도 제거를 완전하게 한다.
RO 처리 트레인에서 제 2의 단계는 약산성 양이온 수지(예를들면, DOWEX(R) MAC-3, 또는 Lewatit CNP-80, Amberlite(R) IRC-86)의 이용을 포함한다. 수소형태로 작동하는, WAC 수지는 유입물의 적당한 경도 내지 알칼리성율로 주어진 경도를 정량적으로 제거한다. 수소 이온은 알칼리성을 가지는 양이온 교환처리에서 유리되고 WAC 폐기물에서 분해되는 탄산((H2CO3)2)을 생산한다.
제 3 단계는 만일 알칼리성이 존재한다면, 남아있는 알칼리성을 파괴시키기 위하여 WAC 폐기물에 산을 첨부시키는 것이다. 이 단계에서 제거되는 모든 알칼리성은 RO 시스템에 걸쳐서 매우 높은 회복을 이루기 위하여 중요하다.
제 4 단계에서는, 사실상 0의 경도와 알칼리성을 포함하는 산성화된 폐기물이 이산화탄소 제거를 위해 처리되어진다. 이러한 제거는 강제적으로 야기되는 통풍 탈탄제나 또는 충전층뿐만아니라 가스가 투과할 수 있는 막 장벽을 설계함으로서 수행되어질 수 있다. 본질적으로 경도 및 알칼리성이 0인 이산화탄소를 제거하는 물은 용해성 알칼리에 주입되어져, 바람직하게는 pH가 10 또는 그이상으로 조절되고, 가장 바람직하게는 RO방출에서 pH가 11에 가까울때가지 조절하는 것이다.
다음 단계는 방출의 pH가 감지할 수 있을 만큼 11보다 크지 않게하는 방법으로 RO 시스템을 작동시키는 것이다. 즉 다시말하면 이 pH 11의 제한은 현재의 유용한 RO막에 관하여 간단하게 적용시킬 수 있다. 가장 큰 pH 내성 능력을 갖는 전형적인 막은 FILMTEC형 FT30 막이다. 만일 높은 pH 내성능력을 가지는 RO막이 미래에 사용될 수 있다면, 그때에 최대 허용 RO 방출 pH는 11를 초과하는 높은 pH에서 부수되는 장점으로 인해 pH가 올라갈 수 있다.
고순도의 물을 제조하기 위하여 사용되는 급수뿐만아니라 폐수 처리에서 썩여지는 급수는 물안에서 존재하는 pH 및 다른 종류에 의존하여 하나 또는 다른 형태로 이산화규소(실리카 또는 SiO2로 알려진)를 포함한다. 특히 RO형 막 분리 시스템에 대한 막 분리 시스템에서는, 실리카로 인하여 막의 스케일링이 정기적으로 제거되어진다. 이것은 (a) 실리카가 막의 생산성을 감소시키는 단단한 스케일을 상대적으로 형성하고, (b) 보통 제거시키기가 어렵고, (c) 스케일 제거 처리로 바람직하지 않은 양의 세척제를 사용하게 하고, (d) 세척 사이클은 장치에 대한 바람직하지 않고 비생산적인 오프-라인 기간에 대한 결과이다. 그래서 유입된 정제되지 않은 급수에서 실리카의 레벨에 개의치 않고, 종래의 막 분리 처리작업은 일반적으로 150ppm의 SiO2를 초과한 레벨인, 전체적으로 높게 분해된 TDS흐름안에서 SiO2의 농도를 포함한다. 일반적으로, RO시스템은 150ppm을 초과하는 방출흐름에서 실리카의 농도를 보호하기 위하여, 낮은 회복율에서 작동되어진다.
황산염 칼슘, 탄산 칼슘 및 그와같은 종류처럼 다양한 스케일을 형성하는 화합물에 의한 스케일링은 그 분야에 종사하는 사람이라면 쉽게 예측할 수 있고, 이 설명은 위에서 논의된 또는 다른 가용성 데이터인 Langlier Saturation Index를 이용하여 알 수 있다. 온도, pH, 투과 및 방출 유동율을 포함하는 작동 파라미터 뿐만아니라 정제되지 않은 급수에서 전처리동안 첨부되는 다양한 종류의 이온을 설명할 필요가 있다.
RO작업에 대한 선택된 pH에서 스케일의 형성을 효과적으로 피하기 위한 레벨에서 경도 및 비수산화 알칼리성 제거가 이루어지고, RO 방출흐름에서 SiO2의 농도는 450ppm 또는 그 이상으로 증가되어진다. 이것은 스케일 억제 화학제품의 사용없이, RO 시스템에서 급수의 pH증가에 의해 이루어질 수 있다. 또한 종래의 RO처리 상태하에서 예상되어지는 실리카와 비교했을때, RO 방출에서 실리카는 증가되어지고, RO 투과에서 실리카 오염의 레벨이 실질적으로 감소되어진다. 이것은 실리카의 가용성이 증가되는 pH와 함께 증가되어지고, 실리카는 높은 pH 수용액에서 잘 용해될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 가용성에 따라, 실리카의 이온화의 정도는 증가되는 pH와 함께 증가되어진다. 반면에 실리카의 가용성 증가가 이온화의 정도에 직접 비례하지 않더라도, 실리카 가용성에 증가율은 기본적으로 이온화의 변화율에 비례한다. 이 가용성과 이온화의 불일치는 온도 및 다른 요소에 의존하여 약 120ppm 내지 160ppm까지 해리되지 않은 실리카가 수용액안에 가용된다는 사실에 의해 설명되어질 수 있다. 비교하면, pH 11에서 실리카 가용성은 대기온도에서 1500ppm을 초과하는데, 즉 실리카는 온도 또는 pH증가에 의해 가용성이 증가되어진다.
실리카는 중성 또는 중성에 가까운 수용액일때 매우 약하게 이온화되고, 약 8까지 pH를 가지는 대부분의 자연적으로 발생되는 물에서 해리되지 않은 규산으로 존재한다. 실리카의 첫번째 단계의 해리에 대한 해리 상수값(pKa)은 실리카가 pH 9.7에서 약 50% 이온화 될때를 나타내는데, 즉 나머지 50%는 pH에서 해리되지 않은 규산으로 남는다. pH와 실리카 이온화 퍼센트 사이의 관계를 나타내는 그래픽 설명이 도 1에 도시되어져 있다. 명백하게, 실리카의 이온화가 pH 10을 초과하여 작동하는 것이 바람직하고 더욱 바람직한것은 11를 초과하는 것이다.
실리카 이온화 현상의 이해는 막 분리장치의 막을 통하여 대부분의 종류의 방출이 증가된 이온화로 된다는 점에서 중요하다. 그 결과, RO막에 의한 실리카 방출은 이온화 증가의 정도에 따라 향상됨을 기대할 수 있는데, 즉 높은 pH에서 실리카의 이온화가 증가된다. 그래서 RO작업의 pH증가는 주요한 장점을 제공한다. 첫째로, 실리카 가용성은 상업적인 얇은 막 혼합형 RO막의 pH제한내에서 나머지가 급진적으로 증가되어진다. 둘째로, 실리카 방출은 실리카의 증가된 이온화 정도에 대응하여, 높은 pH에서 현저하게 증가된다.
높은 pH에서 실리카 이온화의 최대이익을 얻기 위해서는, RO시스템이 가능한 한 높은 pH에서 작동되어야 하고, 막의 화학적 성질 및 막 제조자의 보증에 의한 제한이 주어져야 한다. RO 시스템은 약 10 또는 그 이상의 pH에서 작동되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 10.5 또는 그 이상이고, 가장 바람직한 것은 11 또는 그 이상이다. 이것은 스케일 형성을 피하기 위해, 특히 실리카 및 탄산염 스케일을 피하기 위해 작업 pH가 약 8.5에서 제한되어지는 전형적인 RO작업 실행과 대조된다.
도 2를 참조하면, 막분리 장치작업에 대한 제조법의 한 실시예가 도시되어진다. 이 방법에서는, 정제되지 않은 물(10)은 약산성 음이온 교환 유닛(12)에서 처음으로 처리되어지는데, 경도 및 중탄산염 알칼리성이 동시에 제거되어진다. 정제되지 않은 물(10) 경도가 알칼리성보다 더 큰 경우에는, 탄산 나트륨(Na2CO3) 수용액을 부과하는것 같은 알칼리성(13) 원료의 부가에 의해 약산성 음이온 교환 유닛(12)의 작업을 촉진시킬 수 있다. 바람직하게는, WAC 유닛(12)은 작업 및 재생의 용이함을 위해 수소형태로 작업되어진다. 그러나, 이것은 다음에 첨가되는 산에 의해 나트륨형태로 작업된다. 어떤 경우든, 단지 언급된 경우 및 그렇지 않으면 선택적으로 적당하게 된 경우에서도, 산(14)은 중탄산염 파괴를 확장시키기 위하여 펌프(16)에 의해 WAC 유닛(12)에서 나온 유출액에 첨가되어진다. 그때, WAC안에서 생성된(또는 산에 첨가에 의해 생성된) 이산화탄소(19)는 대기압이나 진공 탈기장치(20)안에서 제거되어진다. 마지막으로, 실리카(22)는 선택된 레벨로 급수(25)의 pH를 증가시키기 위하여 용액을 주입하는 펌프(24)에 의해 첨가되어진다. 만일 약간의 스케일 경향도 존재하지 않는다면, 갖가지의 유용하고 가격이 효과적인 기초 산출물을 사용할 수 있다. 게다가 공통의 수산화 나트륨을 사용하여, 탄산나트륨, 수산화 칼륨, 또는 탄산 칼륨과 같은 다른 화학제품을 선택할 수 있다. 사실, 어떤 경우에는 피리딘형 화합물과 같은 유기기초가 이 제조를 수행하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 어쨌튼, 막제조를 위한 급수(25)의 가압은 도시되는 것처럼 RO형 막 분리유닛(30)으로 이동하기 전에 고압력 펌프(26)에 의해 수행되어진다. 대안으로, 급수의 실리카 첨가는 원하는 레벨로 pH를 증가시키기 위해 음이온 교환 유닛(31)을 통하여 급수에 통과시킴으로서 수행될 수 있다. 급수의 pH는 적어도 8.5 또는 9.0, 또는 약 10까지 선택된 pH로 증가되어지고, 바람직하게는 10과 11사이의 범위나 또는 11를 초과하여 증가시키는 것이 좋고, 더욱 바람직한 것은 12 내지 그 이상으로 증가시키는 것이고, 가장 바람직한 것은 13 내지 그 이상으로 증가시키는 것이다. FILMTEC 주식회사 제품을 Midland, Michigan의 DOW CHEMICAL에 의해 판매되고, 현재 사용되고 있는 얇은 막 합성형 RO막은, 보조적으로, pH를 약 10.5로 제어하는 것에 의해 막의 긴 수명의 피해없이 대부분의 장점을 제공한다. 그러나, 실리카의 용해성과 실리카의 방출을 증가시키기 위해서는, 막의 pH를 적어도 약 11로 증가시키고, 바람직하게는 적어도 약 12로 증가시키는 것이 좋고, 가장 바람직한 것은 적어도 약 13으로 증가시키는 것이다. 이것으로, 상승된 pH에서 긴 수명을 가지는 막이 상업적으로 유용하게 할때는 상기와 같은 방법을 사용함으로써 많은 장점을 얻을 수 있다.
막 분리 유닛(30)에서 분리된 방출(32)는 하수구 설비일 수 있고 또는 특별한 사이트 환경에 사용하기 위해서 다른 처리를 하도록 보내지는 곳이다. 막 분리 유닛(30)에서 분리된 삼투(34)는 "특별한 사이트 환경에" 이용되도록 또는 18.2 meg ohm 순도의 물이 필요한 반도체 제조와 같은 고순도의 물이 필요한 곳에서 나머지 불순물을 제거시키기 위해 더 정화시키는 곳이다. 반도체 산업에서 고순도의 물(38)을 제조하기 위한 종래의 후-RO 처리 트레인은 양이온 교환기(40), 음이온 교환기(42), 및 제 1 및 제 2 혼합 베드 폴리셔 이온 교환기 유닛(44,46)을 포함한다. 어느정도 다른 후 RO 처리열은 여기에서 개시된 RO 처리방법에서 얻어질 수 있는 장점 및 이익의 감소없이 주어진 사이트, 정제되지 않은 물의 화학적 성질, 및 사용목적의 필요에 따라 이용될 수 있다. 예를들면, 양이온(40) 및 음이온(42) 변환기가 제거되는 상황에서는, 제 1 혼합 베드(44) 및 폴리시 혼합 베드(46) 이온 교환기 유닛에 직접 도달하기 위해 RO 삼투가 라인(47)을 통하여 우회할 수 있다. 마지막으로, 초고순도의 물을 제조하기위한 설비에서는, 폴리싱 혼합 베드 이온 교환기 유닛(46)에서 나온 산출물이 미립자와 생물오염을 제거하기 위하여 여과 유닛(48)과 자외선 방사 유닛(49)에서 처리되어진다. 부가적인 처리작업은 특별한 목적을 가지는 사용자의 필요에 적합하도록 첨가되어진다.
본 RO 시스템 작업에서 독특하고 유일한 장점은 재생없이 완전한 후-RO 이온 교환기열(즉, 이온 교환기, 유닛(40,42,44 및 46))을 작동시키는데 있어 다양한 정제되지 않은 물의 화학적 성질 및 작업 상태에서도 가능하다는 것이다. 화학적 성질인 경우에는, 양이온(40) 및 음이온(42) 변환기를 간단하게 교체할 수 있다. 보통의 경우에는, 제 2 폴리싱 혼합 베드 유닛(46)이 새로운 수지로 교체될 수 있고, 낡은 폴리싱 수지는 제 1 베드(44) 위치로 이동할 수 있다. 특히 고순도 및 보일러 공급형 물처리 시스템에서는, 실리카, 붕소 또는 다른 이온 누수가 예정된 값으로 도달할때 폴리싱 혼합 베드 유닛(46)이 마지막 작업에서 제어되기 때문에 이것이 가능해진다. 예정된 이온 누수값으로 도달할때는, 폴리싱 혼합 베드 유닛(46)이 제 1 혼합 베드이온 교환기 유닛(44)을 대신하고, 그 위치에 놓여진다. 혼합 베드 이온 교환기 유닛이 교환될때, 낡은 제 1 혼합 베드 유닛(44) 수지는 꺼내져, 버리거나 필요한 사용자에게 팔수 있다. 새로운 수지는 이때 낡은 제 1 혼합 베드 이온 교환기 유닛(44)안에 넣어져, 새로운 폴리싱 혼합 베드 이온 교환기 유닛(46)으로 된다.
다른 실시예에서는, 선택된 정제되지 않은 물의 필요한 화학적 성질에 적합하도록, 경도제거의 다양한 형태가 이용되어지는데, 산성화에 따른 나트륨 형태의 강산성 양이온 교환기(50)(도 3 참조) 또는 나트륨 형태의 강산성 양이온 교환기(50)뿐만아니라 약산성 양이온 교환기(12)(도 2 및 도 3 참조)에 부가적인 전처리 단계로서 라임(lime)(52)(또는 유사한 라임/소다) 연화제를 이용한다.
특히 연성의 물에서는, 라임 또는 라임/소다 연화제(52)가 전체적으로 부적당함으로, 이 방법은 비연성의 정제되지 않은 물에서 실행되고, 도 4에서 도시된것처럼 산(14)이 탄소제거전에 공급된다. 반면에, 적당하게 연성인 곳에서는, 정제처리되지 않은 급수가 연화제(52)에 의해 적당하게 확장되도록 경도 및 알칼리성이 감소되도록 처리되어진다. 특별한 정제되지 않은 물 화학적 성질을 처리하기 위하여 선택된 장치 형상에서도, 처리 파라미터의 핵심은 (a) 막 표면상에 결핍된 가용성 염류를 촉진시키도록, 높은 pH에서 존재하는 다른 종류와 결합되는, 양이온을 제거하는 것이고, (b) 막 표면상에서 스케일의 촉진을 막는 적당한 최대 확장에서 비수산화물 알칼리성을 제거하는 것이다.
도 2에서 설명되어진것처럼, 본 방법의 실시예인 첫번째 단계에서 사용된 약산성 양이온(WAC) 변환기 수지는 알칼리성과 관련되는 경도의 제거에서 매우 효과적이다. 그러한 반응 절차는 다음과 같다.
Ca+++ 2RCOOH ---＞ (RCOO)2Ca + 2H+
수소는 압력이 감소될때 탄산을 형성하기 위하여 중탄산염과 결합되고, 물과 이산화탄소를 형성한다.
H++ HCO3 ----＞ H2CO3----＞ H2O + CO2
수지의 재생은 편리하게 이용할 수 있고 가격이 적당한 산을 이용함으로써 이루어진다. WAC 이온 교환 수지의 재생은 화학량론 레벨근처에서 매우 효과적으로 발생된다(일반적으로, 이상적인 레벨의 약 100에서 120%)는 종래기술이 공지되어 있다. 바람직하게는, 높은 가용성 칼슘 염화물이 생산되는 경우에는 염산이 사용되어지고, 재생처리는 불가용성 황산염 형성의 잠재적 위험이 높은 강산을 갖는 황산칼슘과 같이 침전되므로 문제가 되지 않는다. 그러나, 단계별 재생절차를 이용하여, 즉 높은 농도의 산을 이용한 후 낮은 농도의 산을 이용함으로써 황산(H2SO4)을 포함한 다른 산들을 이용할 수 있고, 반면에 수지상에서 바람직하지 않은 촉진을 피할 수 있다. 이러한 방법으로, 경도이온은 수지 베드로부터 벗어나는 가용성 염류를 형성하기 위하여 용해되어진다. 황산의 이용은 반도체 제조작업에서 특히 유리하고, 그러한 설비는 전형적으로 매우 많은 양의 황산을 이용하고, 소모되고 다써버린 산은 약산성 양이온 교환 배드의 재생에 유익하게 사용될 수 있다.
다원자가의 양이온인 철(Fe++/Fe+++), 마그네슘(Mg++), 바륨(Ba++), 스트론듐(Sr++), 알루미늄(Al+++) 및 망간(Mn++/Mn+++)은 WAC수지에 의해 제거되어진다. 매우 작은 양의 경도가 존재하거나 증가하는 pH에서 가용성이 감소하는 다른 종류는 본 처리에서 존재하는 처리상태하에서 가용성 염류의 침전의 결과이고, 관리는 탄산칼슘, 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘 및 규산염 마그네슘과 같은 물질의 막상에 침전을 막기위한 것이다. 관찰되어져야 하는 한가지 예방조치는 선택된 RO작업상태에서 상향으로 pH를 조절하기전에 알칼리성의 경도 및 비수산화 형태가 급수에서 점차적으로 감소되어져야 하는 것이다. 일단 알칼리성의 경도 및 비수산화 형태가 제거되어지면, 그때 원하는 pH증가를 나트륨, 또는 알칼리 칼륨 또는 음이온 교환기와 같은 편리한 알칼리 용액으로 수행할 수 있다. 이러한 전 처리가 전체적으로 수행되어지면, 그때 RO 시스템은 상기 기술된 실리카의 용해성을 이용하기 위해서 매우 높은 pH에서 안전하게 작업되어진다.
정제되지 않은 물 조성의 경우에는 도 3에서 설명되어지는 것처럼 나트륨 제올라이트 연화제가 유리하고, 칼슘 경도의 제거는 다음과 같다.
Ca+2+ Na2X ---＞ CaX + 2Na+
이때, 중탄산염 알칼리성은 다음과 같은 유사한 방법으로 선택된 산과함께 이산화탄소로 전환된다.
NaHCO3+ HCl ---＞ NaCl + H2O + CO2
라임 연화제가 수용되어질 수 있고 또는 초기경도 및 알칼리성 감소에 대한 방법이 바람직한 물에서는, 라임의 첨가가 칼슘 및 마그네슘의 경도를 줄이고, 다음과 같이 중탄산염 알칼리성과 관련된다.
Ca(HCO3)2+ Ca(OH)2---＞ 2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(HCO3)2+ 2Ca(OH)2---＞ Mg(OH)2↓ + 2CaCO3+ 2H2O
본 처리형상은 도 3 및 도 4에서 설명되어진것처럼, 본 발명의 실시예로서 묘사되어진다. 라임 또는 라임/소다 연화제가 사용된 경우에서는, 관리가 전처리 시스템의 나머지 수행을 평가하기 위하여 사용되어지고, 경도이온의 가용성은 연화제(52)가 방출되는 흐름(54)에서 적당하게 남겨진다.
라임 또는 라임/소다 연화제가 사용되지 않는 급수에서는, 이산화탄소 제거 단계의 사용은 pH를 증가시키기 위하여 실행되는 처리의 비용효과를 증가시킨다. 이것은 또한 RO로의 공급에서 전체적으로 낮은 알칼리성 레벨을 유지시키는데 도움이되고, 이것으로 양이온 제거단계에서 경도누수에 인한 스케일링에 대한 안전성을 더욱 좋게 제공될 수 있다. 이산화탄소 제거의 탈알킬화 반응은 경쟁종류의 부족때문에 이산화규소 방출을 강화시키는데 도움이 된다. 이것은 약하게 이혼화된 음이온의 방출이 급수에서 약하게 이온화된 다른 이온의 농도 및 존재에 영향을 끼치는데, 즉 이것은 붕소, 유기산(TOC), 청산염, 불화물 및 비소와 셀렌 화합물과 같은 약하게 이온화되는 음이온에 적용된다.
높은 pH 작업은 또한 붕산염, 유기산(TOC), 청산염, 불화물, 및 비소와 셀렌 화합물을 포함하면서, 약하게 이온화되는 다른 음이온의 이온화를 증가시키고, 이러한 방출율은 RO막 시스템에서 강화되어진다. 일반적으로, 본 방법은 약 7.5나 그보다 높은 pKa1를 가지는 가장 약한 산의 막을 통하여 방출시키기 위하여 적용되어진다. 실리카 방출은 약 99.95%으로 증가되어질 수 있고, 또는 종래의 베이스라인인 약 99% 방출까지 증가되어지는데; 적어도 한 종류의 크기인 이러한 양은 투과로 빠져나가는 이산화규소의 양을 감소시키고, 10+으로 제공되는 이러한것은 음이온 교환기(42) 및 혼합 베드 유닛인 이산화규소 불순물 제거제 이온 교환기 수지 베드에 대한 운영기간을 증가시킨다.
약 50%의 범위나 종래의 RO 처리와는 대조적으로, 시안화물의 경우에는, 제 1 통과 RO에서 90%를 초과하는 방출이 얻어질 수 있다.
실리카와 유사한 경우에는, 적당하게 높은 pH에서 작업하는 것에 의해, 붕소 방출이 종래의 베이스라인으로부터 약 60-70% 내지 99%의 범위나 그보다 높게 증가되어질 수 있다. 높은 pH 작업으로 인한 방출율의 유익한 효과는 붕소의 경우에 있어서는 다소 낮은 pH로 시작한다는 것으로, 붕소의 pKa가 9.14이며, 대략 오르토규소산보다 0.5pH 높게되어 9.7이된다. 높은 pH작업의 유익한 효과는 붕소의 경우에 더욱 확실히 된지만, 그러나, 수용액에서 오르토규소산(H2SiO4)이 전형적으로 수화작업의 물의 여섯개의 분자를 포함함으로, 붕소산(H3BO3)이 수화되는 물분자와 접촉하지 않는다. 이것으로, 오르토규소산 분자는 붕소산에 비해 막 통로 크기가 매우 크고, 그결과 실리카는 정상적인 방출율보다 더욱 커진다. 결과적으로, 약 9.1을 초과한 pH에서 작업하는 붕소산의 증가된 이온화는 10과 11사이에서 pH를 증가시키고 또는 일반적으로 바람직한 제어포인트인 약 10.5로 증가되어진다. 붕소 방출 효과는 pH가 12 또는 13인 RO 시스템을 작업할때 더욱 높아질 수 있다.
실시예 - 파일롯 테스트
파일롯 물처리 시스템은 개시된 방법의 효능을 테스트하기 위해 만들어진다. 파일롯 물처리 시스템은 반도체 제조공장에서 차후에 사용하기 위한 고순도 물을 제공하기 위해서 정제되지 않은 유입된 물을 처리하도록 설계되어진다. 목적은 (a) 최소의 물을 사용하기 위해서 회복을 증가시키는 것이고, (b) 처리된 물의 순도를 증가시키는 것이고, (c) 막 세척 사이에서 평균시간을 증가시키는 것이다. 파일롯 시스템은 연속된 테스트를 수행한다. 각가의 테스트에서, 시스템은 RO 방출에서 450ppm 이나 또는 그보다 높은 실리카 레벨에서 시작된다. 시험 설비 시스템은 (a)표준화된 RO 삼투 물유동이 감소되어 10%가 되거나 또는 RO 막 전체에 축방향의 압력이 15%가 될때까지 연속적으로 작업된다. 시험 테스트는 최대 분당 8 US 갤론인 급수율에서 약 20℃ 내지 25℃범위에 급수의 온도를 가지고, 약 130psig에서 185 psig의 압력까지 작용되면서, Dow/Filmtec RO 막 모델 FT30/BW4040을 포함하는 막 분리 유닛에서 실행된다. 도 6에서 도시되는 것처럼, 분당 5 US 갤론(약 분당 20리터)이상의 장기간 표준화된 투과 유동이 테스트되어진다. 파일롯 테스트 장치는 방출 흐름 및 투과 흐름안에 RO 막에 의해 처리된 급수의 분리, 수산화 나트륨의 주입, 강제 공기 탈탄제에 의해 발생되는, Rohm and Haas Company(Philadelphia, Pennsylvania) 약산성 양이온 수지 제조품 IRC-86을 이용하여, 수평적으로 작업되는 한쌍의 약산성 양이온 교환 베드를 포함한다.
표 1은 정제되지 않은 물, RO 방출 및 RO 투과에 대한 파일롯 장치 작업에서의 화학적 분석을 나타낸다. 표 1은 또한 실험 RO 작업에서 얻어지는 방출율을 도시하고, 동일한 급수상에서 작동되는 종래의 RO 시스템에서 얻어지는 방출율을 비교한다. 특히, 정제되지 않은 급수(67ppm)및 RO 방출(480ppm)에서 실리카의 레벨에 주목해야 된다. RO 방출에서 실리카의 농도는 형태로부터 방출물에서 정규적으로 얻어질 수 있는 것의 약 3배이다. 더욱이, RO 방출에서 실리카의 높은 농도에서는, 실리카의 향상된 방출이 도시되어지는데, 약 95%에서 약 99%까지 방출을 가지는 종래의 RO 시스템과 비교하여, 99.87%의 실리카 방출이 이루어진다.
| 정제되지 않은공급(ppm) | 파일롯 RO 방출 (ppm) | 파일롯 RO 삼투 (ppm) | 실험 RO 방출(%) | 종래의 RO방출(%) | |
| 나트륨칼륨칼슘마그네슘염화물질산염황산염붕소(용해된)실리카TOCpH | 29.96.4345.312.10.7446.10.083670.648.0 | 46018.7＜ 0.1＜ 0.178.19.42278.40.624801.110.8 | 0.955＜ 0.003＜ 0.003＜ 0.0001＜ 0.0040.005＜0.0010.0070.46＜0.00310.3 | 99.7399.98+----99.99+99.9699.99+98.5199.8799.66+-- | 95-9890-9597-9890-9599.9160-7095-9990-95-- |
달리 제시하지 않는다면, 이온 농도는 ppm이다.
| 나트륨, ppb | ||
| 종래의 RO | 새로운 처리 | |
| RO 투과 | 193 | 955 |
| 후 양이온Ⅸ | 0.431 | ＜ 0.007 |
| 성 분 | 종래의 RO | 새로운 처리 |
| 붕 소실리카TOC | 발견되지 않음0.43 ppb5.9 ppb | 발견되지 않음0.53 ppb＜ 3.0 ppb |
사실, 향상된 방출율은, 표 1에서 나타나는 데이타로 명확히 알 수 있는것처럼, 종래의 RO에서 얻어진 방출율보다 모든 화학 종류에서 향상된다. 특히, 붕소 및 TOC의 높은 방출율은 또한 하류 음이온(42) 및 혼합된 베드 이온 교환 유닛(44,46)의 하중을 감소시키는 중요한 부가적인 장점을 제공한다. 이 점에 있어서는, 붕소에 대한 98.51%의 방출을 얻을 수 있는 점을 유념할때, 동일한 급수로 종래의 RO 시스템에서 얻을 수 있는 60% 내지 70%와 비교되어진다. 전형적으로, 음이온 및 혼합 베드 교환 운영의 결과는 실리카에 의해 결정되어지고, 어떤 경우에는, 붕소 누출에 의해 결정되어진다. 실험 RO 시스템에 높은 회복에도 불구하고, 종래의 RO 시스템 투과에서의 실리카 함유량은 실험 RO 시스템보다 3배나 높다. 특히, 0.45ppm SiO2의 실리카 농도는 이 방법의 파일롯 테스트 유닛에서 투과되어 얻어질 수 있고, 종래의 RO 투과에서의 1.5ppm SiO2와 비교된다. 명확하게는, 본 발명을 이용할때, RO 투과에서 1.0 ppm SiO2보다 적은 레벨로 이루어지는데, 0.5ppm SiO2보다 적은 레벨로 이루어지는 것이 도시된다. 또한 본 새로운 처리로부터 투과된 붕소의 함유량은 종래의 RO 시스템에서 투과되는 0.06ppm B와 비교하여 0.007ppm B이다. 명확하게, 0.05ppm 보다 적은 레벨의 붕소가 증명되어질 뿐만 아니라 0.01ppm의 붕소보다도 적다. 테스트의 결과는 표 1에서 그 결과가 도시되어져 있는데, 종래의 RO 시스템에서 붕소의 방출은 60% 내지 70% 범위의 반면에, 본 물처리 공정에서 붕소의 방출은 약 98.5%로 도시되어진다. 바꾸어 말하면, 종래의 RO 처리에서는 30 내지 40 붕산염 이온이 100%으로 막을 통과하는 반면, 본 처리에서는 2보다 작은 특히 약 1.5 붕산염 이온이 100%으로 막을 통과한다. 바꾸어 말하면, 종래의 RO에서는 급수안에 붕산염 이온이 100당 30 또는 100당 40으로 투과되어 도달되고, 반면에 본 처리에서는 100당 1.5로 투과되어 도달된다. 어떤 급수에서는, 99% 또는 99.9%의 붕소 방출율이 되기위해서, 이러한 수가 1/100 또는 1/1000과 같이 감소된다. 이것으로, 이것은 음이온 교환기(42)상에 운영시간이, 유입되는 실리카 및 붕소 레벨에 맞출 필요는 없지만, 종래의 RO 시스템에서 투과되어 처리되는 운영 시간과 비교했을때, 새로운 처리로 처리투과(34)했을때가 더 걸리다는 것을 나타낸다. 음이온의 소모는 실리카나 붕소의 예정된 레벨 누출에 의해 나타내어지고, 수지 베드 출구 농도는 수지 베드상에 종류의 평균 농도에 관한 것이고, 음이온 교환 수지 베드에서 현저하게 감소되는 것에 의해, 실리카나 붕소의 최대 허용 누출로 도달하기전에 긴 운영 시간을 얻을 수 있다.
붕소 특히 실리카 및 TOC의 레벨은 파일롯 장치에 혼합 베드 이온 교환기(44,46)에서 투과(34)의 처리후에 극단적으로 낮게 되는 것이 발견된다. 종래의 RO 처리에서 투과되는 후 혼합 베드의 비교가 표 3에서 데이터화 되어 제공되어진다. 본 새로운 처리에서는, 후 혼합 베드 이온 교환 처리물에서, TOC 레벨이 검출 제한보다 낮은 3ppb보다 적게 발견된다.
관찰되지는 않지만, 나트륨 및 칼륨의 현저하게 향샹된 방출은 각각 99.73% 및 99.98%로 향상되는데, 종래의 RO 시스템 방출율은 나트륨의 경우에는 95% 내지 98%이고, 칼륨의 경우에는 90% 내지 95%이다.
표 1에서 데이터에 의해 증거되는 것처럼 종래의 RO 작업과 비교한, 나트륨, 칼륨, 염화물 및 황산염과 같이 강하게 이온화되는 종류의 높은 방출율은 파일롯 테스트에서 기대되지 않은 결과로 특히 중요하다. 더욱이, 표 2에서 나타나는 것처럼 파일롯 장치 테스트에서 비록 RO투과가 종래의 RO처리의 투과보다 높은 레벨의 나트륨을 포함할지라도, 후 RO 양이온 교환상에 높은 나트륨함유량의 영향은 바람직하지 않다. 본 새로운 처리의 RO 투과는 높은 알칼리성이며(파일롯 테스트동안 10.3의 pH가 표 1에서 도시되어진다), 수산화 이온의 현저한 레벨을 포함하며, 양이온 교환 유닛(40)에서 수지의 용량이 실질적인 마진에 의해 나트륨제거 확장이 증가되어진다. 이러한 투과로 나트륨의 제거를 강화시키기 위한 증가된 수산화 알칼리성의 효과가 표 2에서 도시되어진다. RO 시스템 투과가 단지 193ppb의 나트륨만을 가지는 종래 RO처리의 급수에서는, 양이온 교환수지가 약 0.431ppb의 나트륨 제거효과를 가진다. 이와는 대조적으로, 본 새로운 처리에서는 비록 955ppb의 나트륨이 양이온 교환처리후에 RO투과에서 만나더라도, 나트륨 이온 농도는 0.007ppb보다 적게 감소되어진다.
또한 본 처리에서 TOC(total organic carbon)의 향상된 방출은 RO 설비 작동자에게 현저한 장점을 제공한다. 천연수는 탐지가능한 양의 고분자 하중 유기산 및 그들의 유도체인 부식산, 풀브산 및 타니산을 포함하는것이 정상적인다. 이러한 화합물은 성장되는 물질의 분해에 의해 기인되고, 보통 패놀과 같은 화합물의 응축 산출물에 관련된다. 넓게는 부식산은 알칼리성 pH에서 물에 용해되지만 산성 pH에서 침전되는 부식물질의 분류(fraction)을 포함한다. 풀브산은 알칼리성 및 산성 pH에서 용해되는 휴민 물질의 분류를 포함한다. 이러한 산 및 그들의 분해 산출물은 급수 흐름주의에서 수행되어질 수 있고 정선된 물질 특히 음이온 선택물질상에 바람직하지 않은 침전물을 형성한다. 또한 이것은 종래의 RO시스템에서는 불결함의 원인이 된다. 그래서, 역 삼투막을 통하여 그러한 분자상에 효과를 최소화 시키는 것이 바람직하고, 이것으로 그들 존재를 음이온 교환 유닛에서 피할 수 있다. 표 1을 참조하여 알 수 있는 것처럼, 투과(34)의 TOC 함유량은 정제되지 않은 급수에서 동일한 TOC를 가지는 종래의 RO처리에서의 TOC와 비교했을때 실질적으로 낮다. 특히, 종래의 RO 시스템에서 90% 내지 95%의 회복과 비교했을때 파일롯 장치 RO 시스템의 TOCsms 99.66%를 방출한다. 실리카 및 붕소의 경우처럼, 새로운 처리의 증가된 pH에서 TOC의 증가된 이온화는 중요한 결과를 이끌어낸다. 이것으로 본 발명에 따라 RO 시스템을 작동하면, 이온화할 수 있는 유기 탄소종류의 이온화 범위를 이용하여 효과적으로 TOC 환원을 할 수 있다.
파일롯 테스트 유닛의 작업결과는 도 5,6,7 및 8를 참조하여 더 잘 이해할 수 있다. 도 5는 실험 역 삼투 테스트 장비에서 사용되는 역 삼투막에 대해서 평방인치당 파운드인 축방향의 압력차이와 시간사이의 관계를 설명한다. 도시된 압력차이는 급수 유동률에서의 변화가 정확하지는 않다. 종래의 RO와 비교하여, 파일롯 테스트 결과는 안정되고 정상적인 투과 유동율 안정된 실리카 방출율, 안정된 압력차이가 이루어짐을 보여준다. 이것은 새로운 처리에서 오염물/스케일링이 필수적으로 제거되어져야 함을 나타낸다. 도 6은 실험 역삼투 테스트 장비에서 사용되는 역 삼투막에 대해서 분당 리터로 6개월동안에 표준화된 투과율을 보여준다.
도 7은 실험 역 삼투 테스트 장비에서 6개월 기간동안 역삼투 방출흐름에서의 실리카의 농도를 설명한다. 도 8은 실험 역삼투 테스트 장치에서 사용된 역 삼투막에서 6개월 기간동안 실리카의 방출율을 설명한다. 이러한 실리카 방출은 파일롯 RO유닛에서 산술평균 실리카 농도를 기초로 한다.
표준 투과 유동이 10% 또는 더욱 내려가면 파일롯 장치 작업을 종료한후, 막을 검사하고 세척한다. 중요한 발견은, 염산 용액, 테트라소듐 EDTA, 및 수산화 나트륨과 같은 일회용 막세척 화학물에 의해 세척이 쉬워지고 효과적으로 이루어질 수 있다는 것이다. 고가의 화학 세척제는 필요하지 않다. 상기 방법에서 급수 재처리로서 작동되는 RO막은 개시실행값의 100%의 유동이 완전하게 저장되어짐을 알 수있다. 실질적으로 모든 세척은 제 1 단계 세척처리에서 산성을 가지고 이루어지며, 탄산염 칼슘, 수산화 마그네슘, 규산염 마그네슘 및 그와같은 종류에는 탁월한 스케일링 종류다. 중요한 것은, 실리카 스케일링이나 생물오염이 특정 처리 상태에서 대부분 관련된다는 것이다. 최소 스케일링 및 실질적으로 존재하지 않는 생물오염을 가지는 강화된 운영능력 및 증가된 시스템 유용성은 새로운 RO 작업 방법의 또다른 중요한 장점이다.
얇은 필름 합성막의 생물학적인 오염은 특정 급수에서 공통의 문제점을 갖는 경향이 있고, 이것은 실질적으로 극복하기 어려운 것이다. 비록 생물학적 오염의 제어가 상대적으로 높은 pH 레벨에서 작용되는 것에 의해 향상될 것이라 예상되지만, 생물학적 오염 제어의 정도는 사실 RO 막요소의 검증동안에 실질적으로 접촉되지 않는 박테리아 레벨을 가질때 기대이상으로 얻을 수 있다. 종래의 RO 시스템에서는 막 표면에 살아있는 박테리아와 죽은 박테리아를 축적하는 수단이지만, 본 독특한 방법에서는 막 표면상에 유입되는 박테리아를 죽이고 분해시키는 수단이다. 이것으로, RO 전처리 및 작용의 방법이 문제의 물을 처리하는데 유용할 수 있다. 높은 pH 용액은 셀벽를 단절시키거나 또는 셀 세포를 소독시키는 효과가 있다. 이것은 미생물 효소의 비활성화에 의해 셀벽을 죽게 만들어 확산을 더욱 느리게 하는 방법인 염소소독과 비교하여, 항균성 활동이 매유 효과적이고 빠르게 작용하는 방법이다. 또한 염소 소독 시스템과 대조적으로, 본 방법에서 바람직한 높은 pH 작업에서는 바이러스 및 내독소가(그램 음성 세균의 셀 벽으로부터 유도되는 리포다당류) 용해에 의해 효과적으로 파괴되고, 이것으로 본 방법이 발열 물질이 없거나 또는 살균된 물의 제조에서 사용되어진다. 약 10을 초과하는 pH에서 작용되는 본 방법은 살균(식물 물질의 파괴 및 박테리아에서 3 로그 감소)을 제공하고, 처리장치의 소독(생물막 및 생식세포의 제거 및 박테리아에서 12 로그 감소)을 본질적으로 제공하며, 테스트 결과는 투과에서 0의 박테리아를 보여준다. 또한, 이것은 본 방법의 작용에서 투과의 증가된 pH 와 유사하고, 후 RO 처리 장치에서 결과되어진다. 이러한 방법의 작용은 미국 약전 23("USP 23") 표준에 필요한 약제에 적용에 대한 고순도의 물 제조에서 특별한 장점을 가지고, 최종적으로 마지막으로 생산된 물과 만난다. 이것에 비추어볼때, 바람직한 실시예에 관해서 기술되어진 것처럼, RO 전처리에서 정제되지 않은 물 폴리머, 안티스컬런트 및 다른 화학제의 사용의 피함은 약제 회색물에 바람직하지 않은 첨가물을 제거할 수 있고, RO 산출 물상에 필요한 테스트를 줄일 수 있다. 더욱 간명하게는, 박테리아 성장을 지지하지 않는 RO 작업 상태에 대한 pH의 선택과 첨가물의 사용을 피하는 레벨에서 경도 및 알칼리성의 제거는 고순도 물의 제조에서 우수한 방법이다.
높은 pH 작용의 더 나은 장점은 중성, 중성에 가까고, 및 적당한 알칼리성 pH(pH 9까지)에서 산화제에 대한 제한된 내성을 갖는 얇은 막 합성형과 같은 막의 증가된 보호에 관한 것이다. 염소가 RO 급수에 첨가되어질때, 가스상태의 염소(Cl2) 또는 나트륨 차아염소산염(NaOCl)이 일반적으로 이용된다. 종래의 RO 시스템에서는 유리 염소에서 막의 민감성 때문에, 정상적으로 황산염(SO3 - -) 주입에 의해 제거되어진다. 그러나, pH 9 이상, 특히 pH 10 이상에서는, 얇은 필름 합성 막상에 염소 및 다른 유사 산화체의 효과가 현저하게 줄어든다. 이것은 비이온화된 종류(차아염소산으로 알려진 HOCl와 같은)의 농도가 극단적으로 감소되어 이러한 산들이 상대적으로 약해지기 때문이다. 그 결과, HERO(tm) 높은 pH 역 삼투 처리에서는, 염소제거가 일반적으로 필요하지 않고, 이것으로 시스템의 복잡성 및 비용이 줄어든다. 이것은 물처리 공장에서 급수와 같은 도시의 물 근원지를 이용하는 시스템에서 특히 유용하다.
본 새로운 막 분리 처리에서의 또 다른 유용함은 막 수명이 연장된다는 것이다. 막 작용에서, 특히 RO 작용에 관하여, 스케일링 및 생물 오염이 방지되기 때문에 막 구성요소는 긴 수명이 기대되고, 거친 클리닝 화학제(예를들면, 산성 화학제 및 계면활성제)가 줄어들어진다.
RO 막은 실리카, 붕소 또는 TOC와 같은 종류가 방출될때 작용되어지고, 수용할 수 있는 제한 아래로 떨어진다. 실리카에서는, 오리지널 값인 99% 또는 그보다 높은 값에서 방출이 95%와 96%사이로 떨어질때 보통 발생된다. 상기에서 기술되어진 것처럼, 본 처리에서 실리카에 대한 초기 방출 값은 종래의 RO 시스템에서 얻어지는 것보다 현저하게 높다. 그래서, 만일 실리카 방출에 대한 종래의 RO 제한이 수용되어진다면, 특정 막 부재는 수용될 수 있는 제한에 도달되기전에 끝나버릴 것이다. 다른 방법으로 진술하면, 서비스의 상당한 기간이 지난 후에도, 본 방법에서 이용되는 막 요소는 종래의 RO 처리 형상에서 작용하는 새로운 막에 의해서 제공된 것보다 그것을 초과하는 실리카 방출을 제공할 것이다.
높은 유동 또는 투과 산출량은 RO 시스템에서 작동하는 본 방법의 독특한 작용 상태로 얻어질 수 있다. 몇개의 소자가 이러한 결과를 산출한다. 하루에 평방 피트의 막을 통과하는 물의 갤론은 일반적으로 "GFD"를 사용하고, 이것은 종래의 RO 시스템에서 약 15 GFD와 상당한다. 파일롯 테스트에서, 상술된 얇은 필름 혼합형 FILMTEC BW 막은 24 GFD으로 작동하고, 잠재적으로 30 GDP까지 측정가능하다. 스페이서 형상을 기초로하여, 마지막 유동율이 종래의 RO 모듈 설계의 대략적인 현재의 수력압으로 제한되는 동안에, 막 모듈이 증가된 유동을 지지할 수 있을때 증가된 유동은 본 방법의 작용(50 GFD까지)에 의해 이루어질 수 있다. 이것은 RO 시스템 작동자에 대한 유익한 결과로서, 만일 정상 유동이 이 방법을 사용하여 두배가 된다면, 필요한 막 표면의 전체 평방 피트는 두개의 소자에 의해 줄어들어진다. 설비 비용(특히, 막 및 압력 용기에 대한 비용) 및 바닥 공간 요구의 감소는 이것에 의하여 얻어질 수 있다. 인스턴트 방법의 다른 이익에 의해 현저하게 낮아진 작동 비용은 막의 교체 비용이 낮아져 더욱 감소된다. 종래의 RO 시스템에 대한 설계 기초를 테스트하여 증명된 유동증가에 150% 더한 직접적인 이익을 제공한다.
본 방법을 이용할때, RO 방출의 삼투압은 RO 기술에 대한 최종한계를 나타낸다. 일단 예상된 정제되지 않은 급수 처리가 탄산 칼슘, 황산염 칼슘, 황산염 바륨 실리카등과 같은 가용성 종류를 효과적으로 제거하면, 방출의 농도는 삼투압 한계에 도달할 때까지 상승된다. 이때에, 상업적으로 증명된 RO 시스템에 설계 압력은 전형적으로 약 1200psig까지 제한되어진다. 만일 설계 허용이 방출 흐름에 대한 구동힘인 200psig까지 만들어진다면, 최대 허용 삼투압은 약 1000psig가 될 것이다. 이 목적을 위해, 경험적으로 삼투압의 1psig가 TDS의 100ppm으로 압력을 가하면, 방출 흐름의 최대허용 TDS는 대략 100,000ppm이 된다. 이것으로, 새로운 RO 작동 기술은, 급수의 화학적 성질에 불구하고, 다양한 용해성 종류, 특히 황산염 칼슘, 황산염 바륨 및 실리카에 관계되지 않고 대략 100,000ppm으로 어떤 급수에서 농도를 가질 수 있다.
본 새로운 RO 작동 기술의 또다른 장점은 RO 시스템이 존재하는 것이고, 경도 및 알칼리성 제거를 위한 상기 기술된 전처리 장치를 갱신했을때, 이 처리 방법의 작동 이익을 이용할 수 있다.
이 독특한 RO 작동 방법에 대한 부가적인 적용은 반도체 제조와 같은 고순도 적용과 약전의 적용에 사용되어질 뿐만 아니라, 보일러 급수, 냉각 타워 구조 물, 세정기 구조 물과 같은 전통적인 산업에서도 이용될 수 있다. 본 처리의 방법의 적용에서, 투과"34"(1) 결과는 1에서 N 유닛까지 다음 역 삼투 유닛까지 공급된다. 전체 RO열에서 방출은 방출"32"(1+N)와 같이 도시되어진다. 전체열에서 고순도로 처리된 투과는 투과로서 도시되어지고 또는 물"34"(1+N)을 산출하고,이것은 사용전에 마지막 세척에 대해 보통의 이온-교환 장치에서 공급된다. 양이온 교환 유닛(40)은 중간순도 흐름(A)을 생산하기 위하여 음이온 교환유닛(42)에 뒤따르는 중간순도의 흐름(C)을 생성한다. 사용전에, 제 1 의 혼합 베드 이온 교환기 유닛(44)은 고순도 흐름(P)을 생산하고, 선택적인 제 2 또는 폴리싱 혼합 베드 이온 교환 유닛(46)은 마지막 순도 산출물(S)를 가능하게 하고 또는 상기와 동일한 명칭인 순도 산출물 흐름 "38"(1+N)을 이용하여 고순도를 생산한다. 반도체 제조에서는, 정상적으로 0.02 마이크론 필터를 이용하고 약 0.02 마이크론 내지 약 0.1 마이크론 크기에서 선택되는 미세한 필터(48)에서의 마지막 여과법은 고 순도 흐름(M)을 만들기 위하여 실행된다. 또한 UV 살균장치를 통하는 고순도 물이 통과하는 생물학적 제어는 일반적이며, 마지막 초고순도 물(U)을 생산하기 위한 고순도 흐름(M)을 남기기 위하여 박테리아를 죽이는 254 nm의 파장에서 작동되어진다. 많은 시스템에서, 마지막 미세한 필터(48)의 위치와 UV 살균장치 유닛(49)의 위치는 반대이며, 또는 후 UV 필터가 더 이용되어진다.
도 10은 보일러 공급 구조 물, 또는 냉각 타워 구조 물, 또는 세정기 구조 물을 위한 본 방법의 역 삼투 시스템의 이용에 관하여 설명한다. 역 삼투 유닛(30) 및 다양한 전처리 장치는 고순도 투과(34)를 생산하기 위하여 상기에서 기술된 방법에 따라 작동되어진다. 생산된 물 투과(34)는 이때 특정 보일러 필요물에 기초하여 필요한 이온 교환 시스템안에서 처리되어지고, 구조 물(100)에서 보일러(102)로 공급된다. 보일러(102)에서 배출된 뜨거운 물은 RO 전처리 열에서 복귀라인(109)을 통하여 펌핑(108)하기위한 축적 탱크(106)로 보내진다. 비록 냉각 타워(110) 및 세정기(112)는 RO 투과(34)로 공급되지만, 전형적으로 스팀-전력 공장에서는 냉각 타워(110) 및 세정기(112)가 도시 또는 상수원과 같은 정제되지 않은 물(10)을 공급하기 위해 제공되어진다. 그래서, 냉각 타워에서 배출된 뜨거운 물(114) 및 세정기에서 배출된 뜨거운 물(116)은 전형적으로 경도 및 알칼리성이 높다. 이와만찬가지로, 이 시스템은 석탄으로 태워지는 화력발전소에서 재연못 물이나 재가 고인 물과같은 재와 밀접히 접촉하는 물을 처리하기 위하여 사용되어진다. 본 역 삼투 처리에서는, 본 방법의 RO 전처리 및 작용에 의해 종래의 RO 시스템의 경우와는 달리 많은 양의 물을 재사용할 수 있다.
RO 시스템의 전처리 및 작용에 대한 본 방법의 또 다른 장점은 도 11에서 설명되어지는데, 상기에서 설명되어진것과 유사한 바람직한 실시예는 연속적인 전극이온제거 시스템(150)에 대한 전처리에서 다중 통과 RO 시스템(RO 유닛 30(1) 및 30(N)을 통과, 여기서 N=2)을 이용하는 것이 도시된다. 연속적인 전극 이온제거에 의해 RO투과 34(1+N)가 처리될때, 자외선 처리(46) 및 최종 여과장치(48)후에, 매우 높은 질의 이온제거된 물이 생산되는데, 이러한 초고순도 물은 미세전자공학 산업에서 사용될 수 있다. 선택적으로, 제 2 또는 폴리쉬형 혼합 베드 이온 교환 유닛(46)은 생략되어질 수 있고, 연속적으로 이온제거된 물(E)은 UV 살균 유닛(49)으로 직접 보내진다. 이것은 붕소, 실리카, TOC 및 그와같은 종류를 방출하기 위한 연속적인 전극 이온 제거의 제한이며, 이러한 제한은, 직접적인 오염방출물로서, 전자제조를 위한 18.2 메그옴 물을 생산할 수 있다. 그러나, 상기에서 기술된 본 방법에 따라 작동될때는 2개 통과 RO 시스템에서 투과(34(1+N))가 붕소, 실리카, TOC 및 그와같은 종류가 연속적으로 전극 이온 제거되는 것이 곤란할 정도로 매우 낮은 레벨을 포함한다. 이것으로, 연속적인 전극 이온 제거 처리유닛을 위해 공급되는 그러한 투과의 사용은 하류 이온 교환 폴리셔(46)의 이익 없이도 전극 이온제거 유닛이 18.2메그옴을 생산할 수 있다. 종래의 이온 교환기 대신 연속적인 전극이온제거를 이용하는 장점은 연속적인 처리(이온 교환 수지의 배치처리보다)가 화학적인것보다는 전기적으로 재생된다는 것이고, 이것으로 종래의 재생 화학제의 이용이 필요없다.
그리고, 폐수에서도, 즉각적인 방법이 종종 유익하게 사용되어진다. RO 시스템이 상기 제시한대로 작동되어질때 높은 pH에서 이온화 할 수 있는 종류는 실질적으로 방출되고, 그러한 구성의 높은 방출은 리사이클 및 재사용을 위한 그러한 구성에서 낮은 RO 투과율을 생산할 수 있다. 정제소, 펄핑 및 제지 작업, 및 도시 하수도 처리공장에서의 폐수는 후보 성분에서 매우 높고(지방산 및 향료 유기산과 그들의 유도체), 유기오염 및 생물학적 성장에 관련되므로 종래의 RO 막에서는 어려워진다. 충분한 양의 물을 사용하는 전형적인 산업은 처리 폐수가 냉각 타워, 보일러 구조, 세정기 구조 및 그와 같은 것을 포함할때 얻어진다.
HERO제 RO 공정 디자인 및 작업의 이익
HERO제 RO 시스템 공정 디자인 및 작업에 의해 얻어지는 전형적이고 바람직한 처리의 이익은 상기에서 기술하였다. 그러한 이익의 상세한 설명은 아래와 같다.
(A) 오염물질의 높은 방출
도 4에서는 HERO제 RO 시스템 처리 파일롯 장치에서 나온 요약된 데이터가 도시되고, 모든 종류의 방출은 종래의 RO 작동에서 얻어질 수 있는 것보다 현저하게 크다. 특히 TOC, 실리카, 및 붕소와 같은 약음이온의 방출이 향샹됨을 알 수 있다. 부식산/풀브산 유도체(TOC), 실리카산 및 붕소산은 모두 상대적으로 약산성이고, 높은 작업 pH에서 이러한 산은 더욱 크게 연장되어 해리되고(중성에 가까운 pH 작업과 비교하여), 그래서, RO막에 의해 더 많이 방출되어진다.
또한 강하게 이온화된(중성에 가까운 pH에서) 종류의 방출 향상이 관찰되어진다. 몇몇의 인자는 강하게 이온화된 종류의 방출 향상에 기여되어진다. 막 조직의 변화가 발생되어진다. 막표면에 가까운 농도 극성층의 두께에 있어서 현저한 감소(높은 자유 부식성 상태에서 표면장력이 줄어들기 때문에)가 이러한 향상에 기여한다. 또한 O-링과 같은 엘라스트머의 팽창 및 모듈에서 결과적으로 생기는 더 좋은 시일링 특징이 한 인자가 된다.
후-RO 이온 교환 시스템의 반응/작동상에서 실리카등과 같은 매우 높은 방출의 충격은 매우 중요하다. 대부분의 후-RO 이온 교환의 실리카 또는 붕소의 발견을 기초로 하여 재생되어지고, 유입된 실리카/붕소 함유량에서 10%감소의 인자는 재생사이에서 긴 운영시간을 제공한다. RO투과에서 중탄산염뿐만아니라 이산화탄소의 부재(전형적으로 적어도 10인, 높은 pH때문)는 실리카/붕소 누설이 정상입구밸브의 한도를 넘기전에 온라인 시간을 증가시킨다. RO투과에서 강하게 이온화된 종류의 농도감소는 상대적으로 덜 중요한데, 대부분의 후-RO이온 교환은 궁극적으로 실리카 또는 붕소를 제한하기 때문이다.
종래의 얇은 필름 합성 RO 작동에서 60% 내지 70%붕소 방출과 비교하면, 새로운 처리는 약 99%의 붕소 방출을 제공한다. 이중통과 형상에서는, 새로운 처리는 붕소함유량의 검출할 수 있는 제한보다 더 낮은 투과를 제조할 수 있다.
| 구성 | 종래의방출(%) | HERO방출(%) | 종래의통과(%) | HERO통과(%) | 종래/HERO통과 인자 | 통과감소(%) |
| 나트륨 | 98 | 99.73 | 2 | 0.27 | 7.4 | 87 |
| 칼륨 | 90 | 99.98 | 10 | 0.02 | 500.0 | 99 |
| 염화물 | 98 | 99.99 | 2 | 0.01 | 200.0 | 99 |
| 실리카 | 99 | 99.87 | 1 | 0.13 | 7.7 | 87 |
| 붕소 | 70 | 98.51 | 30 | 1.49 | 20.1 | 95 |
| TOC | 95 | 99.66 | 5 | 0.34 | 14.7 | 93 |
| 정제되지 않은 물 | RO 방출 | RO 산출물 | |
| Na + K | 125 | 1.350 | ＜ 1 |
| Ca | 7 | 0 | 0 |
| Mg | 13 | 0 | 0 |
| HCO3 | 85 | 50 | ＜ 1 |
| CO3 | 0 | 50 | ＜ 1 |
| NO3 | 1 | 10 | ＜ 1 |
| SO4 | 30.8 | 308 | ＜ 1 |
| Cl | 28.2 | 282 | ＜ 1 |
| SiO2 | 50 | 500 | ＜ 1 |
| pH | 7.1 | 10.8 | 10.2 |
주의: 1. RO 공급의 분석과 RO 방출 및 RO 산출물의 수산화물 함량도 표에 도시하지는 않는다.
2. 화학적 성질은 RO 회복율 90%에 근거한 것이고, 최대 가능한 회복율은 약 96%이다.
3. pH를 제외하고, 모든 성분은 CaCO3의 ㎎/l로 보고된다.
| 물/폐수 절약 244,000(US $/Yr)안티스컬런트 제거 30,000(US $/Yr)전력 절약 17,000(US $/Yr)부가적인 화학제 비용 (40,000)(US $/Yr)부가적인 잡무 비용 (20,000)(US $/Yr)1년 순익 절약 231,000(US $/Yr)개조(기본) 비용 200,000(한번)간단한 원료 회수 시기 10,4(월) |
| 종래 시스템 | HERO 시스템 | |
| 장치 설치 비용 (US $MM) | 12 | 7.8 |
| 작동비용(US $/1000US갤론) | 5.75 | ＜4.00 |
주의: 근거는 섹션 5.0을 참조하라.
HERO제 RO 시스템에서는 투과되는 작동이온 교환에서의 또다른 중요한 장점은 유입물의 높은 pH때문에 음이온 수지에서 나트륨 누설이 몇몇의 중요한 순서로 감소된다는 것이다. 그결과, 이온 교환 시스템에서 존재하는 재생사이의 긴 운영시간은 낮은 화학적 성질 및 인적 자원, 낮은 재생 폐기물 체적등을 의미한다. 새로운 시스템 또는 변화되는 확장 시스템에서는, 새로운 HERO제 RO 공정 디자인 및 작동이 이온 교환 시스템 설비비용을 줄일 수 있다.
(B) 높은 회복율
칼슘, 마그네슘, 바륨, 스트론튬, 알루미늄, 철, 망간등과 같이 경도를 가지는 이온은 종래의 RO에서 제거되어지고, 이산화칼슘, 불화물 칼슘, 황산염 칼슘, 황산염 바륨, 수산화 마그네슘, 규산염 알루미늄/마그네슘과 같은 종류의 바람직하지 않은 촉진은 HERO제RO 처리에서는 발생되지 않고, 이 촉진형은 RO 시스템에 의해 얻을 수 있는 회복율이 제한되지 않는다. 중요한 것은, 실리카 가용성이 정상 HERO제 RO 작업 pH에서 증가(약 11)된다는 것이다. RO 방출에서는, 450 내지 500ppm 범위에 실리카 레벨을 가지고 오랜기간 작동이 유지될 수 있고, 1000ppm 또는 그보다 높은 레벨을 가지는 이상적 모델이 이 새로운 RO 작동 방법에 의해 얻어질 수 있다.
RO 공급에서 25ppm 실리카를 기초로 하여, 95% 회복 RO 작동(약 500ppm 방출)이 실험에 의해 증명되어졌다. 97.5% 회복(RO 방출에서 1000ppm의 실리카)은 이론적으로 가능하지만, 작동 포인트 관점에서는 실행할 수 있다. 보통 실리카는 RO 시스템에서 최대 허용 회복에 관점에서 최후 제한 표준으로 나타나고, 칼슘 및 바륨등과 같은 종류의 총 부재에 따라 실리카의 가용성이 증가되어지고, 매우 높은 회복율(90% 내지 98%)을 가지는 많은 양의 급수에 RO 작동을 허용한다.
바륨 함유량이 상대적으로 높은 급수에서는, RO 시스템 회복이 방출끝에서 잠재적으로 촉진되는 황산염 바륨에 의해 제한되어진다. HERO 시스템은 이러한 관계된 모든것을 제거시키고, 종래 RO에서 바륨은 정량적으로 제거되어진다. 동일한 결과는 황산염 스튜론튬, 황산염 칼슘, 플로오드화물 칼슘 및 다른 가용성 칼슘, 마그네슘, 철 및 알루미늄염에 의해 제한된 RO 시스템에 적용시킬 수 있다.
물론, RO 회복에서 최종 제한은 RO 방출의 삼투압에 의해 표현되고, 특정 급수에서 얻을 수 있는 최대 허용 회복을 제어할 수 있지만, 대부분의 급수에서는 99%보다 적은 회복을 갖는다.
(C) 생물오염이 필수적으로 제거되어져야 한다.
대부분 공통적으로 발생하는 미생물 종류는 높은 작업 pH에서 완전하게 분해(물리적으로 파괴된)되어진다. 사실, 바이러스, 세초 및 내독성은 높은 pH 레벨에서 재생산/분열증식할 수 있게 파괴되어지거나 정제되어진다. 지질의 가수분해는 처리에서 중요한 역할을 할뿐만 아니라 지방산 및 그들의 대응되는 글로리세를기(glycerides)는 높은 작동 pH에서 가용성"소프(soaps)"를 형성한다.
오랜기간 테스트가 수행되어지는 장소에서는, 생물오염이 HERO 기술의 테스트 동안에 이것의 부재에 의해 뚜렷해진다. 이 실험 RO 시스템은 테스트 시점을 통하여 표준화된 투과 유동 및 시스템 압력 강화관점에서 매우 안정적인 작동 실행이 존재한다.
(C) 생물학적 오염의 실질적 제거
가장 일반적으로 발생하는 세균종류는 높은 작업 pH에서 완전하게 분해된다(물리적으로 파괴된다). 실질적으로, 심지어 바이러스, 아포 및 내독소는 아주 높은 pH 레벨에서 재생/증식 불가능하게 되거나 파괴된다. 지질(지방)의 가수분해는 지방산과 그에 대응하는 글리세리드가 높은 작업 pH에서 용해가능 소프(soaps)가 되는 방법에서의 역할을 기대할 수 있다.
오랜 주기동안 테스트가 실행되는 경우에, HERO 기술의 테스트동안 이것의 부재에 의한 생물오염이 확실해진다. 상기 파일롯(pilot) RO 시스템은 테스트 기간동안 시스템 압력 저하와 표준화된 투과 흐름에 의한 아주 안정된 작업 실행을 나타낸다. 생물오염의 부재의 확인은 일정한 간격으로 RO 구성요소의 실지 검증동안 얻어진다. FILMTEC FT30을 검증하고 테스트하기 위한 효과적인 프로그램은 15개월 간격 이상 실행된다. 데이터는 표준 테스트 상황하에서 초기 품질 인증 값보다 높은 염류 방출을 보인다. 또한, 막 표면은 생물오염의 흔적없이 깨끗하다.
새로운 방법의 상기 특징은 생물-오염/생물-활동 폐수의 처리에 있어서 또는 공지된 생물오염 문제에 있어서 확실히 이득이다. 이는 또한 RO 작업의 주변 온도보다 높은 온도를 가지는 시스템에 특히 효과적일 수 있다.
(D) 미립자 오염의 확실한 감소
RO 급수의 연화가 급수에 나타나는 콜로이드성 고체를 불안정하게 하는 것은 30동안 이미 공지된 사실이고, 관련 오염 문제를 확실히 감소시킨다. 1960년대 말과 1970년대 초반에 중공 정밀 섬유 RO 구성요소를 위한 전처리로써 필수 연화 장치는 상기 방법에서 증명되었다. 게다가, 제타 전위(zeta potential)는 높은 pH에서 표면과 오염 물질 사이에서 일반적으로 감소되어 점착력을 감소시킨다. 상기 성질은 가장 자연적으로 발생하는 입자(세균 포함)가 표면 음전하를 나타내는 것으로부터 확실해진다. 나란히 있는 제타 전위 측정은 아직 실행되지 않았지만, 새로운 방법은 만약 제거되지 않는다면, 특히 오염 문제를 확실히 감소시킬수 있다. 제타 전위의 감소는 아주 약하게 음으로 하전된 표면의 입자 고착성을 감소시킨다. 세균 지질로부터 계면 활성제의 원위치 형성은, 만약 존재한다면, 막 표면의 입자 고착 감소에 도움이 될 것이다.
새로운 방법의 독특한 특성은 RO 시스템의 디자인이 특히 가치가 있다는 것이고, 특히 UPW 처리의 작업 복잡성과 주요 비용을 줄일수 있다는 것이다. 입자 오염의 수준을 수용하기 위한 능력에 부가하여, 새로운 방법은 또한 RO 시스템에 전처리로써, 매개 여과법, 응고/응집 첨가제, 규조토 여과법등을 위한 요구를 최소화할 수 있다는 것이다.
(E) 화학적 사용의 확실한 감소
화학적 첨가 또는 활성 탄소에 의해, 자유(비용해된) 차아염소산(HOCL)의 레벨이 아주 높은 작업 pH에서 최대로 낮기 때문에 염소제거 또한 불필요하다.
(F) 스케일 방지제 사용의 배제
안티스컬런트 또는 스케일 방지제의 사용은, 새로운 방법과 모순되거나 해가 되지 않기 때문에, 반도체 제조 설비에서 18개월의 테스트에 의해 증명된 바와 같이, 완전히 배제될 수 있다.
(G) 높은 유속
주어진 농축 편광층의 두께 감소뿐만이 아니라, 생물오염의 제거 및 막 표면 입자 고착의 감소는, 새로운 방법을 사용하는 RO 시스템이 종래 작업과 비교해보면 높은 유속에서 작용될 수 있다는 것은 놀라운 것이 아니다. 15 gfd(gallon per squre foot per day)의 정규 디자인 유속과 비교해보면, HERO제 RO 시스템은 15gfd를 초과하여 고안되었고, 20gfd로 고안된 것이 바람직하며, 가장 바람직한 것은 약 25gfd, 그리고 가능하다면 25gfd를 초과하는 것이 바람직하다.
(H) 고순도 제품
게다가 RO 시스템을 위한 주요 비용을 감소하기 위해, RO 투과의 질을 높은 유속 디자인에 의해 확실히 개선되었다. 예를들면, 25gfd에서, RO 투과는 15gfd 디자인 베이스와 비교해보면 40% 낮은 용해 고체를 포함할 것이다. 높은 pH 작업은 높은 유속 제품과 조합하여, 염류 흐름(압력에 따르기 보다는 농도에 따른)이 확실히 감소하는 결과를 제공한다. RO 시스템은 상기 요소로 인해(또는 20% 이상 싼) 약 20% 정도 싼 것이 기대되고, 다른 파라미터는 동일하다.
(I) 세정기 구조에 편리한 방출
높은 pH, 낮은 탄소 알칼리성, 및 실질적으로 거의 없는 경도를 가지는 HERO제 RO 시스템으로부터 방출은 산성 가스 세정기로 사용되어진다. 만약 세정기에서 pH가 확실히 낮다면, 가능한 실리카 침전에 관여하기 때문에, RO 방출은 단 한번 베이스상에 사용되고, 증발 속도는 제한되지 않는다.
화학적 방법
상술한 바와 같이, 아주 높은 방출 pH는 HERO제 RO 시스템의 작업을 특정화하는 한 요소이다. TOC, 실리카, 보론등과 같은 약하게 이온화된 음이온의 최대로 높은 방출은 상기 특성과 상호관계가 있다. 실리카에 기초한 다음 실시예는, 상기 관계를 조사하기 위해 사용된다.
자연 발생 물과 거의 중성 pH 범위(6-8)에서, 실리카는 오르토 규산(H4SiO4)으로써 주로 나타난다. 일반적으로 규산으로 지칭되는, 오르토 규산은 물에서 나타나는 최약산성 종류중 하나이다. 규산의 제 1 분리 상수(즉, 전체 4개 수소로부터 제 1 양자의 분리)는, 용액의 아주 낮은 이온 강도와 주변 온도에서 약 9.7의 pKa 값에 따라 약 2×10-10이다.
9.7의 pKa1를 가지는 규산의 상대 강도를 시각화하는 가장 편한 방법은 pH 9.7에서 설명하는 것이고, 이는 50%가 이온화되는 것이고, 즉 이것의 50%는 비용해된 오르토 규소산으로써 나타나며, 나머지 50%는 비용해되고 1가 규산염 이온, 오르토 규소산의 결합 베이스로 나타난다. pH 10.7에서, 비용해된 산에 대한 결합 베이스의 로그가 1일때, 약 91%는 규산염 이온으로 존재하고, 나머지 9%는 비용해된 산이다. pH 11.7에서는, 분포가 각각 99와 1이다. 거꾸로, pH 8.7에서(비율의 로그가 0.1일 때), 상기 종류의 약 91%는 비용해된 산으로 나타나고, 9%는 이온화된 규산염으로 나타난다. pH 7.7에서, 약 99%는 비용해된 규산으로 나타나고, 1%는 이온화된 1가 규산염 이온으로 나타난다.
자연적으로 발생하는 급수의 대부분은 pH 8 이거나 그 이하이기 때문에, 실질적으로 모든 실리카는 상기 상태하에서 비용해된 규산으로 존재한다. 붕산(H3BO3, 약 9.2의 pKa)과 시안화수소산(HCN, 약 9.3의 pKa)와 같은 다른 약산은 유사한 성질을 나타내지만, 물론 이들은 실리카에 비해 다소 강한 산이다.
RO 막을 가로지르는 개별 종류의 방출 특성은 용질의 충전 밀도와 크기, 및 형태에 의해 영향을 받는다. 이온화된 용질은 비용해 상태로 존재하는 용질과 비교하여 훨씬 잘 방출되고 그들의 크기 및 형태도 유사하다는 것은 인식되어 있다. 예를들면, 플루오르화물의 방출은 3보다 작은 pH에서는 거의 0이고, pH 3.5에서는 30%, pH 4에서는 50%, pH 5에서는 75%, pH 7에서는 98%(또는 그 이상)이다. 불화수소산(3.2의 pKa를 가지는 약산성)은 이온화된 플루오르화물의 대응부이고, 낮은 pH 값에서 주요 구성 성분이다.
실리카/규산의 방출은, 주요 조성이 이온화된 규산염 종류가 아니고 비용해된 규산일 때, pH 7에서 놀랍게도 98%이다. 상기 모순은, 분자가 수화물 6 분자와 결합하기 때문에, (오르토) 규산의 크기가 기대한 것보다 훨씬 더 큰 실제 크기를 가진다는 사실에 의해 일부 설명될 것이다. 그러므로, 높은 방출은 크기/형태 요인에 기인하고, pH 7에서 규산은 거의 이온화되지 않는다(0.2%미만).
상기 관련 요인에 근거하여, 실질적으로 이온화되었을 때, 실리카는 황산염(SO4) 이온과 비교될 만한 방출을 가진다. 상기 기대는 황산염 이온이 6 수화물과 관련한다는 사실에 근거하고, 물론 중성 부근 pH 값에서 완전히 이온화된다. 기록에 관한 문제로, 99.5에서 99.9의 황산염 방출은 정규 RO 작업에서 일상적으로 관찰되고, pH 10.5에서 11.0 범위의 HERO 시스템 작업에서 실리카 방출은 99.9%보다 실질적으로 좋다. 다른 말로 하면, pH 7에서 황산염 방출과 10을 넘는 pH에서의 실리카 방출은 비교할 만하다. 분자의 비교 크기와 대응 산의 비교 강도에서, 상기는 합리적일 뿐만 아니라 이용가능하다.
본 발명의 다른 특성은 RO 공급의 pH 조정(증가)에 앞서 실질적으로 완전한 알칼리성을 제거하기 위해 다른 검토가 필요하다는 것이다. 전체적으로 실질적인 관점으로부터, 잔류 알칼리성이 강한 완충 효과를 제공하고 정규 작업 범위로 pH를 올리기 위해 필요한 알칼리 양을 충분히 증가하기 때문에 알칼리성이 거의 0일 필요가 있다. 증가된 알칼리 필요 조건의 직접 비용에 더하여, RO 투과의 나트륨 함량은 훨씬 높을 것이고, 불필요한 높은 후-RO 이온 교환 로드 및 비용의 결과를 가져온다.
개념적 관점으로부터, 알칼리성 제거의 필요는 그다지 급하지 않지만, 수월하다. 탄산 칼슘 용해도에 근거한 다음 실시예는 관계를 측정하기 위해 사용될 것이다.
탄산 칼슘의 용해 제품(Ksp)은 아주 낮은 이온 강도와 주변 온도에서 약 8.7×10-9제곱 몰이다. RO를 가로지르는 90% 회복이 목표라고 가정하면, RO 공급의 허용가능한 최대 CaCO3이온 제품은 약 8.7×10-11제곱 몰이다. 더구나 연화된 급수에서 칼슘의 0.1㎎/l를 가정하면, RO 공급의 허용가능한 최대 탄산염 함량은 약 2.1㎎/l이며, 모든 것은 이온으로 표현된다.
pH 11.0 방출 상태에서, 탄산염 종류의 약 85%는 탄산염으로 나타나고, 나머지는 중탄산염으로 존재한다. pH 증가전에 동일한 전체 잔류 이산화탄소가 5㎎/l라고 가정하면, 탄산염의 약 5.8㎎/l은 RO 공급에 나타날 것이다. 탄산염의 최대 허용가능한 2.1㎎/l과 비교하면, 최대치의 3배인 5.8㎎/l를 얻을수 있다.
90% 회복율에서 스케일없는 작업을 보장하기 위해, 다음중 하나 이상은 0.1㎎/l보다 적은 잔류 칼슘 함량을 가져야 하고, 또는 RO 작업 상태도 변해야 한다. 탄산칼슘 스케일 방지제는 높은 Ksp를 허용하는 것으로 알려져 있기 때문에, RO의 연속적인 높은 pH 작업을 효과적으로 허용하는 비용과 효율을 가지는 형태를 알지 못한다. 중요한 것은, HERO 시스템의 오랜 테스트 동안 어떠한 스케일 방지제도 사용되지 않았다는 것이다.
약 1.2×10-11 세제곱 몰의 Ksp를 가지는, 수산화마그네슘은 어떤 방법에서는 허용 잔류량의 환산을 요구하고, 마그네슘은 약산성 양이온 교환기로부터 일찍 누설되는 경향이 있기 때문에, 수산화마그네슘 스케일의 방지를 위해 세심한 주의가 요구된다.
대표적인 실시예
다음은 HERO 시스템을 위한 대표적 응용의 예이다. 실리카 함량이 높은 일본 남부 구마모토의 급수는 한 예로써 채택되었다. 비용은 예산으로 보여진다(+ 또는 - 30% 정밀도). 비용 예상은 다음 가정에 근거한다:
(1) 1,500,000 US GPD 시스템 명칭의 용량;
(2) 75% 정규 회복율 대 90% HERO 시스템 회복율;
(3) UPW 품질 (화학) 표준은:
(a)실리카＜1 PPB,
(b)TOC＜1 PPB 및
(c)산소＜5 PPB;
(4) 소모 비용:
(a)US $100/톤인 황산(93%);
(b)US $450/톤인 수산화나트륨(100%);
(c)US $1.50/파운드인 안티스컬런트;
(d)US $0.075/kwh인 전기;
(e)US $3/1,000 US gallons인 물 구입 및 폐수 방출(결합된) 비용.
현존 RO 시스템의 전환
표 6 아래는 표 5에서 도시된 급수를 가지는 75% 회복율에서 작동하는 현존 150만 GPD(US) 시스템이 90% 회복율 HERO제 RO 공정 시스템으로 전환되고, RO 시스템하에서 어떠한 변화도 생기지 않는다는 것을 가정한다.
어떤 경우에는, 제 2 RO 시스템으로 흐름을 공급하기 전에, 종래의 RO 시스템으로부터 방출을 진행함으로써, (a)WAC 시스템에서 경도와 알칼리성을 동시에 제거, (b)이산화탄소 제거 및 (c)pH를 올림으로써, 전체 RO 회복율을 증가하기 위해 고안된 HERO제 RO 방법을 사용하기가 용이하다.
현존 시스템의 전환은 RO 시스템의 용량을 증가하기 위한 유일한 기회를 제공할 수도 있다. 종래 RO 시스템에서 약 15gfd의 흐름은 약 20gfd까지 증가될 수 있고, 또는 25gfd까지 또는 그 이상 증가할 수 있기 때문에, HERO제 RO 공정 디자인과 작업 형태로 작업이 변경될 때 상기가 가능하다.
새로운 RO 시스템 디자인과 작업
표 7 아래의 예상은 종래 접근법(도 13 참조)을 이용하는 경우에서와, 단순화된 폴리싱 루프 디자인을 포함하는 HERO제 RO 시스템(도 14 참조)을 이용하는 다른 경우에서 만들어지는 두 가지의 새로운 UPW 시스템을 기초로 만들어진다. 두 시스템은 이중-통로 RO, 중공 미세 섬유 초미세 여과 및 이중-베드가 아닌 이온 교환기를 이용할 것이다. UPW 사용의 약 40%는 높은 온도에서일 것이고, 비용은 DIW 히터를 포함하며 산정한다. 초미세 여과 시스템 위의 파이프 분포 시스템은 이들 요소의 크기가 아주 명확하기 때문에 이들 비용 산정에 포함되지 않고, 시스템 설치 또는 어떠한 PVDF 라인의 저장 탱크도 아니다.
요약
새로운 HERO제 RO 기술은 모든 오염, 특히 약산성 음이온의 아주 높은 방출을 나타낸다. 게다가, 90% 또는 그 이상의 RO 회복은 많은 양의 급수로 얻어질 수 있다. 미립자 오염이 상당히 감소되었으므로, 생물학적 오염은 실질적으로 제거되었다. 종래 RO 시스템 디자인을 이용하는 정규 시험에서 보다 높은 흐름은 새로운 HERO 기술로 얻어질 수 있다. 그러나, 상기 새로운 방법의 이점은 보다 높은 UPW 시스템 비용을 정당화할 뿐이지만, 그 반대는 사실이다. 전체 비용뿐만이 아니라 UPW 시스템의 복잡성은 상당히 감소되었다.
막 분리 장치, 특히 상술된 HERO제 역삼투("RO") 장치 디자인을 경유하는 물 처리를 위한 방법 및 장치는 획기적이고, 역설적인 결과를 제공하는데, 즉 RO 방출의 실리카 레벨에서 동시에 증가시키지만, 정화된 RO 투과아??서 낮은 실리카 레벨을 가진다는 것이다. 작업 막 분리 시스템, 특히 작업 역삼투 시스템의 방법은, 물 처리 시스템의 주요한 작업 비용을 동시에 감소시키는 물 사용을 줄이기 위한 확실한 선택을 나타낸다. 물 회복, 즉 제공된 급수 흐름의 양에 대한 생산된 투과 산출물 흐름의 양의 비율은 약 50%를 초과하고, 쉽게 약 85% 이상까지 도달하며, 종종 약 95%까지, 때때로 약 99%에 도달한다. 더구나 이온 교환 발생이나 RO 세척을 위해서, 생산된 정화 물의 갤런당 소비되는 화학적 시약의 사용을 확실히 줄이는 효과가 주어진다.
상세한 설명으로부터의 특징을 포함하는 상술한 목적은 효과적으로 얻어지고, 상술한 바람직한 제품을 생산하고 상기 방법을 실행하기 위해 적당한 장치의 조합과 상기 방법을 실행함으로써 임의의 변화도 발생할 수 있지만, 본 발명의 실질적인 특징과 정신으로부터 벗어나지 않는 다른 특정 형태로 실행될 수 있다. 예를 들면, 동시에 경도와 알칼리성 제거를 하기 위한 실시예 디자인과 같은, 다른 실시예가 상술된 방법의 원리에 의해 쉽게 얻어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 대표적 실시예의 상세한 설명은 단지 본 발명의 이해를 돕고 예를 목적으로 나타낸 것이고, 한정적이거나 개시된 본 발명의 형태에 제한되지 않는다. 이에 반하여, 본 발명은 첨부된 청구범위에 나타난 발명의 정신과 범위 내에서 다양한 변경, 변형이 가능하다. 이와 같이 본원에 개시된 구조 및 방법을 포함하는 청구범위는 유사하거나 이와 유사한 구조일 뿐만 아니라 유사한 구조 또는 방법이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해 지시된 바와 같이, 청구범위 또는 이와 유사한 범위와 광범위한 의미로 묘사되어 제공된 실시예로부터 다양한 변화를 포함한다.
Claims (77)
- 급수 흐름의 처리를 위한 방법에 있어서,상기 급수 흐름은 방출 흐름을 포함하는 고용질과 산출물 흐름을 포함하는 저용질을 생산하기 위해 (ⅰ)경도, (ⅱ)알칼리성 및 (ⅲ)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화되는 적어도 하나의 분자 종류에 의해 나타나고,상기 방법은,(a)(ⅰ)상기 급수 흐름으로부터 경도 제거하는 단계(ⅱ)상기 급수 흐름으로부터 알칼리성 제거하는 단계(ⅲ)상기 경도 제거 단계동안 생성된 용해 가스 제거하는 단계중적어도 하나 이상의 영향에 의해, 임의의 순서로, 선택된 pH에서 바람직한 농도 계수로 상기 급수가 농축될 때 스케일을 형성하는 상기 급수의 특성을 감소하는 단계;(b)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 증가된 이온화를 향해 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류를 자극하기 위해, 단계(a)로부터 적어도 약 8.5의 선택된 pH로 산출물의 pH를 올리는 단계;(c)용해된 종류의 통로에 대체로 존재하는 막 분리 장치를 통해 단계(b)로부터 산출물을 통과하는 단계; 및(d)이에 의해 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류가 실질상 없는 산출물 흐름을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 급수 흐름의 처리를 위한 방법에 있어서,상기 급수 흐름은 방출 흐름을 포함하는 고용질과 산출물 흐름을 포함하는 저용질을 생산하기 위해 (ⅰ)경도, (ⅱ)알칼리성 및 (ⅲ)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화되는 적어도 하나의 분자 종류에 의해 나타나고,상기 방법은,(a)(ⅰ)상기 급수 흐름으로부터 경도 제거하는 단계(ⅱ)상기 급수 흐름으로부터 알칼리성 제거하는 단계(ⅲ)상기 경도 제거 단계동안 생성된 용해 가스 제거하는 단계중적어도 하나 이상의 영향에 의해, 임의의 순서로, 선택된 pH에서 바람직한 농도 계수로 상기 급수가 농축될 때 스케일을 형성하는 상기 급수의 특성을 효과적으로 제거하는 단계;(b)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 증가된 이온화를 향해 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류를 자극하기 위해, 단계(a)로부터 선택된 베이스를 첨가함으로써 적어도 9.0의 선택된 pH까지 산출물의 pH를 올리는 단계;(c)용해된 종류의 통로에 대체로 존재하고, 산출물 흐름과 방출 흐름을 생산하기 위해 막 분리 장치를 통해 단계(b)로부터 산출물을 통과하는 단계; 및(d)이때 상기 산출물 흐름은 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류가 실질상 없는 산출물 흐름을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 (a) 경도 제거 단계와 (b) 알칼리성 제거 단계는 단일 유닛 작업에서 완성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 단일 유닛 작업은 약산성 양이온 이온-교환 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 약산성 양이온 이온-교환 시스템은 수소형으로 작업되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 약산성 양이온 이온-교환 시스템은 나트륨형으로 작업되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 경화 제거 단계는 나트륨형 강산성 양이온 이온-교환 시스템을 통해 상기 급수를 통과함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 단계 (b)에서 pH가 9와 10 사이로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 단계 (b)에서 pH가 10과 11 사이로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 9 항에 있어서,pH가 약 10.5로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,단계 (b)에서 pH가 적어도 약 11로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,단계 (b)에서 pH가 적어도 약 12로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류가 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류가 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 메타/오르토 규산(H4SiO4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 보론를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 오르토붕산(H3BO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 이온화가능 유기 탄소 종류를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 pH 부근 수용액일 때 양성자 첨가가능 유기 탄소 종류를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 pH 부근 수용액일 때 부식산, 또는 그의 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 pH 부근 수용액일 때 풀브산, 또는 그의 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 pH 부근 수용액일 때 실리카를 포함하고, 방출 흐름을 포함하는 상기 고용질은 약 120ppm을 초과하는 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 적어도 하나의 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 pH 부근 수용액일 때 실리카를 포함하고, 방출 흐름을 포함하는 상기 고용질은 약 150ppm을 초과하는 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 실리카는 약 450ppm까지의 방출 흐름을 포함하는 상기 고용질에서 나타나는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 실리카는 450ppm을 초과하는 방출 흐름을 포함하는 상기 고용질에서 나타나는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 실리카는 약 600ppm까지의 방출 흐름을 포함하는 상기 고용질에 나타나는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 실리카는 약 1000ppm까지의 방출 흐름을 포함하는 상기 고용질에 나타나는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 급수 흐름은 실리카를 포함하고, 상기 막 분리 장치는 방출 흐름을 포함하는 상기 고용질에서 나타나는 실리카의 농도 제한 없이 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 방출 흐름은 약 100,000ppm TDS를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 시안화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 29 항에 있어서,방출 흐름을 포함하는 상기 고용질은 상기 급수 흐름에서 나타나는 시안화물의 약 90%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 29 항에 있어서,방출 흐름을 포함하는 고용질은 상기 급수 흐름에 나타나는 시안화물의 약 99%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 드물게 이온화된 종류는 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 약 7.5 또는 그 이상의 pKa1를 가지는약산을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 급수 흐름에는 살아있는 세균이 있고, 상기 pH를 올리는 단계는 살아있는 세균을 죽여서 상기 산출물 흐름이 실질적으로 세균이 없는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 산출물 흐름은 상기 pH를 올리는 단계가 세균 파편 및 내독소를 파괴할 때, 세균 및 내독소가 실질적으로 없는 산출물 흐름을 제공하기 위한 것임을 특징으로 하는 방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 급수 흐름에는 살아있는 바이러스가 있고, 상기 pH를 올리는 단계는 살아있는 바이러스를 죽여서, 상기 산출물 흐름에는 살아있는 바이러스가 없도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,공급된 급수 흐름의 양에 대한 생산된 투과 산출물 흐름의 양의 비가 약 50%보다 큰것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,공급된 급수 흐름의 양에 대한 생산된 투과 산출물 흐름의 양의 비가 약 85% 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,공급된 급수 흐름의 양에 대한 생산된 투과 산출물 흐름의 양의 비가 약 95% 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,공급된 급수 흐름의 양에 대한 생산된 투과 산출물 흐름의 양의 비가 약 99% 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 막 분리 장치는 미소여과 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 막 분리 장치는 역삼투 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 41 항에 있어서,상기 역삼투 장치는 상기 산출물 흐름에 대해 연속적으로 작용되는 N 역삼투 유닛을 포함하고, 이때 N은 양의 정수인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 41 항에 있어서,적어도 1차 혼합 베드 이온-교환 유닛 및 2차 혼합 베드 이온-교환 유닛을 통해 상기 산출수를 지나는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 43 항에 있어서,(a)실리카, (b)보론 및 (c)TOC중 하나 이상에 대해 사전선택된 누설율로 상기 1차 혼합 베드 이온-교환 유닛을 구동하는 단계를 더 포함하고, 그에 따라 상기 1차 혼합 베드 이온-교환 유닛의 기본 수지를 버리고, 상기 2차 혼합 이온-교환 유닛의 기재를 치환하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 43 항에 있어서,상기 1차 혼합 베드 이온-교환 유닛은 재생되지 않고, 상기 방법에서 재사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,pH를 올리기 위해 선택된 베이스를 첨가하는 단계는 (a)수산화나트륨, (b)탄산나트륨, (c)수산화칼륨 및 (d)탄산칼륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 수용액에 베이스를 첨가함으로써 완성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,pH를 올리기 위해 선택된 베이스를 첨가하는 단계는 수성 유기 베이스를 첨가함으로써 완성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,pH를 올리기 위해 선택된 베이스를 첨가하는 단계는 상기 급수 흐름에 나타나는 수산화 이온의 수를 증가시키기 위해 음이온 이온-교환기를 사용함으로써 완성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 급수는 냉각 타워에서 배출된 뜨거운 물로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 급수는 세정기에서 배출된 뜨거운 물로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 급수는 석탄 연소 흐름-전기 발전소에서 재(ash) 운송에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 상기 급수 흐름의 보론 함량의 약 2%보다 적은 보론 함량을 가지고 상기 방법의 산출물 흐름인, 제 2 항에 따라 생산된 것을 특징으로 하는 물.
- 상기 급수 흐름의 보론 함량의 약 1.5% 또는 그 미만의 보론 함량을 가지고 상기 방법의 산출물 흐름인, 제 2 항에 따라 생산된 것을 특징으로 하는 물.
- 상기 급수 흐름의 보론 함량의 약 1% 또는 그 미만의 보론 함량을 가지고, 상기 방법의 산출물 흐름인, 제 2 항에 따라 생산된 것을 특징으로 하는 물.
- 상기 급수 흐름의 실리카 함량의 0.05% 보다 적은 실리카 함량을 가지고 상기 방법의 산출물 흐름인 제 2 항에 따라 생산된 것을 특징으로 하는 물.
- 세균양이 실질적으로 0이고, 상기 방법의 산출물 흐름인, 제 2 항에 따라 생산된 것을 특징으로 하는 물.
- 살아있는 바이러스가 실질적으로 0이고, 상기 방법의 산출물인, 제 2 항에 따라 생산된 것을 특징으로 하는 물.
- 급수 흐름의 처리 장치에 있어서,상기 급수 흐름은(ⅰ)경도,(ⅱ)알칼리성 및(ⅲ) 방출 흐름을 포함하는 고용질과 산출물 흐름을 포함하는 저용질을 생산하기 위해 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화된 적어도 하나의 분자 종류에 의해 나타나고,상기 장치는,(a)(ⅰ)상기 급수 흐름으로부터 경도 제거하는 수단(ⅱ)상기 급수 흐름으로부터 알칼리성 제거하는 수단(ⅲ)상기 경도 제거 단계동안 생성된 용해 가스 제거하는 수단중적어도 하나 이상의 수단을 임의의 순서로 포함하며, 선택된 pH에서 바람직한 농도 계수로 상기 급수가 농축될 때 스케일을 형성하는 상기 급수의 특성을 효과적으로 제거하는 수단;(b)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 증가된 이온화를 향해 드물게 이온화된 적어도 하나의 분자 종류를 자극하기 위해, 선택된 베이스를 첨가함으로써 적어도 약 9.0의 선택된 pH까지 단계(a)로부터 제품의 pH를 올리는 수단;(c)이온화된 종류의 통로에 사실상존재하고 산출물 흐름과 방출 흐름을 생산하기 위한 역삼투 막을 통해 단계(b)로부터 제품 통과를 위한 1차 역삼투 막 유닛; 및(d)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화된 상기 종류가 없는 산출물 흐름을 생산하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 58 항에 있어서,상기 1차 역삼투 막 유닛의 상기 산출물 흐름에 대해 연속적으로 작용하는 2차 역삼투 막 유닛을 더 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 58 항에 있어서,1차 혼합 베드 이온-교환 유닛과 2차 혼합 베드 이온-교환 유닛을 더 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 60 항에 있어서,최종 미세 필터를 더 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 60 항에 있어서,자외선 살균 유닛을 더 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 42 항에 있어서,정제된 물 흐름을 생산하기 위해 연속 전기탈이온 유닛에서 상기 산출물 흐름을 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 63 항에 있어서,자외선 살균 유닛에서 상기 연속 전기탈이온 유닛으로부터 상기 정제된 물 흐름을 정제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 64 항에 있어서,고순도 물 제품을 생산하기 위해 최종 초미세 필터에서 상기 자외선 살균 유닛으로부터 산출물 흐름을 정제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 63 항에 있어서,혼합 베드 이온-교환 시스템에서 상기 정제된 물 흐름 E를 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 63 항에 있어서,상기 고순도 물 제품은 18.2 메그옴 표준 저항량인 것을 특징으로 하는 방법.
- 급수 흐름을 처리하는 현존 역삼투 시스템의 투과 순도와 투과 생산을 동시에 증가시키기 위한 방법에 있어서,상기 급수 흐름은(ⅰ)경도,(ⅱ)알칼리성 및(ⅲ)중성 또는 중성 pH 부근 수용액일 때, 방출 흐름을 포함하는 고용질과 산출 흐름을 포함하는 저용질을 생산하기 위해, 드물게 이온화되는 적어도 하나의 분자 종류에 의해 나타나고,상기 방법은,(a)(ⅰ)상기 급수 흐름으로부터 경도 제거하는 단계(ⅱ)상기 급수 흐름으로부터 알칼리성 제거하는 단계(ⅲ)상기 경도 제거 단계동안 생성된 용해 가스 제거하는 단계중하나 이상의 영향에 의해, 임의의 순서로, 선택된 pH에서 바람직한 농도 계수로 상기 급수가 농축될 때, 스케일을 형성하기 위해 상기 급수의 특성을 감소하는 단계;(b)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 증가된 이온화를 향해 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류를 자극하기 위해, 단계(a)로부터 적어도 약 8.5의 선택된 pH로 제품의 pH를 올리는 단계;(c)용해된 종류의 통로에 실질적으로 존재하는 형태의 막 분리 장치를 통해 단계(b)로부터 제품을 통과하는 단계; 및(d)이에 의해 중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류가 실질적으로 없는 산출물 흐름을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 급수 흐름을 처리하는 현존 막분리 시스템의 투과 순도와 투과 생산을 동시에 증가시키기 위한 방법에 있어서,상기 급수 흐름은(ⅰ)경도,(ⅱ)알칼리성 및(ⅲ)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 방출 흐름을 포함하는 고용질과 산출 흐름을 포함하는 저용질을 생산하기 위해 드물게 이온화되는 적어도 하나의 분자 종류에 의해 나타나고,상기 방법은,(a)(ⅰ)상기 급수 흐름으로부터 경도 제거하는 단계(ⅱ)상기 급수 흐름으로부터 알칼리성 제거하는 단계(ⅲ)상기 경도 제거 단계동안 생성된 용해 가스 제거하는 단계중하나 이상의 영향에 의해, 임의의 순서로, 선택된 pH에서 바람직한 농도 계수로 상기 급수가 농축될 때 스케일을 형성하는 상기 급수의 특성을 효과적으로 제거하는 단계;(b)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 증가된 이온화를 향해 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류를 자극하기 위해, 선택된 베이스를 첨가함으로써 적어도 약 9.0의 선택된 pH까지 단계(a)로부터 제품의 pH를 올리는 단계;(c)용해된 종류의 통로에 존재하고, 산출 흐름과 방출 흐름을 생산하기 위한 막 분리 장치를 통해 단계(b)로부터 제품을 통과하는 단계; 및(d)중성 또는 중성 부근 pH 수용액일 때 드물게 이온화된 상기 적어도 하나의 분자 종류가 실질적으로 없는 상기 산출물 흐름을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 68 항 또는 제 69 항에 있어서,상기 (a)경도 제거 및 (b)알칼리성 제거 단계는 단일 유닛 작업에 의해 완성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 70 항에 있어서,상기 단일 유닛 작업은 약산성 양이온형 이온 교환 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 71 항에 있어서,상기 약산성 양이온형 이온 교환 시스템은 수소형으로 작업되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 71 항에 있어서,상기 약산성 양이온형 이온 교환 시스템은 나트륨형으로 작업되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 68 항 또는 제 69 항에 있어서,상기 단계 (b)에서 pH는 9와 10 사이로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 68 항 또는 제 69 항에 있어서,상기 단계 (b)에서 pH는 10과 11 사이로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 75 항에 있어서,상기 pH는 약 10.5로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 68 항 또는 제 69 항에 있어서,상기 단계 (b)에서 pH는 적어도 약 11로 올려지는 것을 특징으로 하는 방법.
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