KR20040086244A

KR20040086244A - 부분 탈이온화 공정

Info

Publication number: KR20040086244A
Application number: KR10-2004-7009527A
Authority: KR
Inventors: 라비 키담바란; 파반 라이나; 데베쉬 샤라마
Original assignee: 아쿠아텍 인터내셔날 코포레이션
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-10-08
Also published as: AU2002359797A1; KR100764937B1; EP1456132A1; CN1328180C; CN1615273A; EP1456132B1; AU2002359797B2; US20030201235A1; CN101070200A; WO2003053859A1; US6896814B2; US20050121397A1; CA2470633C; US7338600B2; EP1456132A4; MXPA04005925A; JP2005512794A; CA2470633A1

Abstract

침전 또는 "스케일링"없이 이온 강도를 점진적으로 감소시키는 액체 처리 공정이 순차적 이온종의 제거를 위하여 개시된다. 본 발명의 실시예는 이중 전기탈이온화 작업을 포함한다. 제 1 전기탈이온화 작업은 스케일링 없이 공급된 물로부터 칼슘 그리고 마그네슘과 같은 강하게 이온화된 종을 제거하기 위하여 계산된 전압에서 수행된다. 제 1 전기탈이온화 작업의 생성물은 그 후 제 2 전기탈이온화 작업에 도입된다. 제 2 전기탈이온화 작업은 제 1 전기탈이온화 작업보다 큰 전압에서 수행되며, 실리카 그리고 대기 중의 이산화탄소와 같은 보다 약하게 이온화된 종을 제거하기 위하여 설계되었다. 대개 약하게 이온화된 종의 전기탈이온화 동안 존재하는 침전 또는 "스케일링"의 위험은 본 발명에서는 존재하지 않는다. 이것은 보다 높은 전압에서 스케일링의 원인이 되는 강하게 이온화된 종이 이미 제 1 전기탈이온화 작업을 통하여 공급 유동으로부터 제거되었기 때문이다. 필요한 경우, 두 가지 이상의 후속 전기탈이온화 작업이 수행될 수 있다. 다중 전기탈이온화 작업이 단일 전기탈이온화 스택 또는 다중 전기탈이온화 스택에서 일어날 수 있다.

Description

부분 탈이온화 공정{FRACTIONAL DEIONIZATION PROCESS}

사회에서 직면하는 주요 환경 문제에는 물의 정제가 있다.

물은 생명체뿐 아니라 산업적인 목적에서도 필수적이다. 그러므로 물 정제 기술을 진보시킬 필요가 존재한다.

전형적인 선행 기술의 물의 정제 시스템은 다음의 세 가지 중의 하나로 분류된다. (1) 이온 교환 수지에 기초한 시스템, (2) 이온 교환 막에 기초한 시스템, 그리고 (3) EDI 시스템. 이들 시스템들은 이하에서 간단히 설명된다.

이온 교환 수지에 기초한 시스템 :

이온 교환 수지는 그들의 개별적인 활성 부위에서 이온종을 흡착한다. 일단 활성 부위가 소진되면, 이 수지는 각각 H⁺또는 0H^-이온으로 치환하기 위하여 산 또는 알칼리로 세척됨으로써 재생될 수 있다. 이 공정을 수지의 재생이라고 부르며, 이것이 다양한 타입의 액체로부터 양이온 그리고 음이온을 제거하기 위한 주요 원료이다.

물의 탈염은 이 기술의 가장 현저한 용도이다.

이온 교환 막에 기초한 시스템 :

이온 교환 막은 수지와 동일한 물질로 제조되나 다른 원리로 작용한다. 막 에 기초한 시스템에서, 전기적 동력이 음이온 그리고 양이온 막의 챔버 내에서 물에 존재하는 이온의 운동을 활성화하기 위하여 사용된다. 이온은 반대의 전극으로 끌리며, 그 후 이온의 선택적인 이동을 허용하는 이온 선택성 막을 만나게 된다.양이온 막은 양이온이 막을 통과하여 이동하도록 하며 음이온은 통과하지 못하도록 막는다. 이와 유사하게, 음이온은 음이온 막을 통과하나, 양이온은 더 이상 이동하지 못한다.

전기투석 공정은 물에서 물 분해가 발생하는 지점보다 훨씬 낮은 전압을 사용한다. 전기 투석은 높은 시스템 내성 그리고 실리카 같은 이온을 제거하기위한 능력의 부재로 인하여, 고 순도 조건으로 물을 처리하는 경우 한계를 갖는다.

EDI 시스템 :

EDI는 전기투석의이온 교환 막 시스템과 함께 고유의 이온 흡착 속성으로 인하여 수지를 사용하는 기술이다. EDI는 막 사이로 도입되는 전도성 매질로서 수지와 함께 전기투석 공정을 이용한다. 통상의 EDI는 매우 좁은 범위의 공급수 품질에 작용한다. 요구되는 공급수 품질은 경도 미만 1000 ppb으로 역삼투("RO")의 생성물에 등가이어야 한다. 일부 선행 기술은 처리 전의 RO의 용도를 개시한다. (U.S. Pat. No. 6,379,518). 공급수의 품질을 제공하는 RO의 능력의 부재로 인하여, 연화제가 또한 불가결하게 된다.

EDI에서, 수지는 물에 존재하는 이온을 흡착해야 한다. 이 수지는 그 후 이들 이온을 방출하고, 막을 향한 일정한 이동성 및 방향성을 제공한다. 시스템에서 H⁺그리고 0H^-이온이 생성되어야 한다. H⁺그리고 OH^-이온에 의한 수지의 재생은 전기적 동력으로 인한 수지의 자연적 재생을 보충한다. 이온들은 막을 통과하여 폐기 챔버(reject chamber)로 운반되어야 한다. 실리카 그리고 탄산과 같은 약하게이온화된 종과 함께, 경도로서 고도로 이온화된 종을 함유하는 물에서, 통상의 EDI는 시스템에서 스케일링의 높은 가능성 없이 모든 이온종을 제거하기 위한 제한된 능력을 갖는다. 그러므로, EDI에의 공급물은 일반적으로 경도 1 ppm 미만의 공급수로 제한된다. 선행 기술의 EDI 시스템은 다양한 기공 크기의 수지 이온 교환제의 사용(U.S. Pat. No. 6,471,867) 또는 다중 탈이온화 스택에서 수지의 다중 타입의 사용하는 것을 포함한다.

대부분의 공급수 시스템에서 제거되는 불순물은 소듐 그리고 칼슘과 같은 강하게 이온화된 양이온, 그리고 염화물 그리고 황산염과 같은 강하게 이온화된 음이온을 포함한다. 소듐 그리고 염화물 이온은 칼슘에 비하여 더 깨끗하게 정제된다. 이것은 전자의 이온화 종이 EDI에서 화학적으로 침전되지 않는 경향이 있기 때문이다. 한편, 칼슘 그리고 마그네슘은 침전에 취약하다. 시스템의 알칼리성에 따라, 칼슘 그리고 마그네슘은 수산화물 또는 탄산염의 형태로 전환된다.; 수산화물 그리고 탄산염 생성물은 그 후 침전된다.

현재의 EDI 기술은 혼합된 강한 그리고 약한 이온 샘플의 효과적인 분리를 허용하지 못한다. 이것은 모든 이온이 단일 형태의 전기적 동력에 도입되기 때문이다. (U.S. Pat. No. 49298.442@ U.S. Pat. No. 6,391,178). 이로 인하여 그러한 시스템에서 칼슘 또는 경도에 대한 제한 조건이 1000 ppb의 낮은 한계로 유지되는 것이다.

선행 기술의 EDI 시스템은 스케일링을 방지하기 위하여 필요한 경도 허용량(tolerance)을 얻을 수 없다. 비록 그러한 시스템이 1ppm의 최대 경도 허용량을 주장하고 있으나, 이 시스템은 심지어 1 ppm에서도 스케일링에 취약한 것으로 밝혀졌으며 이 공정의 용도를 제한한다. 더욱이, 스케일링을 감소시키고 실리카를 감소시키기 위하여 설계된 일부 선행 기술의 시스템은 다중 탈이온 장치 및 강한(harsh) 화학물질의 첨가(U.S. Pat. No. 6,398,965), 비 표준형 수지의 사용(U.S. Pat. No. 6,187,162), 또는 구별되는 타입 of 수지 in 구별되는 스택 내에 구별되는 타입의 수지의 사용(U.S. Pat. No. 3,330,750; U.S. Pat. No. 3,149,061, U.S. Pat. No. 6,402,917)을 요구한다. 본원 발명은 하나 이상의 스택에서 작동하는 정제 공정을 제공함으로써 전술한 문제의 하나 이상을 극복하도록 도입되었으며, 강한 화학물질의 첨가를 요구하지 않고, 단일 형태 수지 조성물을 사용할 수 있다.

본 출원은 함께 출원 중인 2001년 12월 20일에 출원된 가출원 제 60/343,323호의 "부분 탈이온화 공정"의 관련출원이며, 이 출원 내용 전체는 여기에 참조문헌으로서 편입된다.

본원 발명은, 심지어 보다 높은 수준의 유입 물 경도(hardness)에서도, 스케일링(scaling)을 생성함이 없이 공급 유동으로부터 이온종(ionic species)을 제거하는 신규한 기술에 관한 것이다. 본 발명은 전지의 희석 또는 농축 구획에서 스케일링 문제를 일으키지 않고 다른 이온성분으로부터 일부 이온 성분을 독립적으로 제거하도록 하는 제어된 공정 시스템을 사용하여 물을 탈이온화 한다. 이러한 스케일링은 이미 존재하는 전기탈이온화 ("EDI") 시스템의 작업 조건을 제한하며 그러한 시스템의 상업적 성공의 부재를 설명해준다. 부분 탈이온화 공정 ("FDI")에서 적절한 pH 제어로 제어된 조건에서 H⁺그리고 OH^-이온을 생성하는 것은 스케일 형성 없이, 전통적인 EDI 보다 훨씬 우수한 정도로 공급수로부터 에너지 효율적 방식으로 이온성분을 제거하도록 하며, 또한 순수한 물을 생성하기 위하여 약하게 이온화된 성분을 제거하도록 한다. 오염물질을 생성하지 않으며 화학물질을 사용을 피하는 이 환경 친화적 기술은 물 이외의 액체의 분리에 쉽게 사용될 수 있다.

도 1은 이온의 이동을 위한 매질의 연속성 유지 및 흐름의 우회를 초래하는 비 충전된 희석 구획의 흐름 패턴을 나타낸다.

도 2a 그리고 2b는 수지-수지 그리고 수지-막 인터페이스에서 가속된 물 분해의 두 가능한 시나리오를 나타낸다.

도 3은 제 1 단계 폐기에서 보다 낮은 pH를 초래하는 제 1 단계에서의 이온의 이동을 위한 가능한 시나리오를 도시하는 도해이다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예를 도시한다.

도 5는 시간의 경과에 따른 생성물로부터 실리카의 제거를 추적하는 그래프이다.

도 6은 시간의 경과에 따른 저항에 대한 생성물의 품질을 추적하는 그래프이다.

도 7은 시간의 경과 대 저항으로 나타낸 생성물 품질의 그래프이다.

전기-탈이온화의 다-단계를 사용하는 물의 정제를 위한 부분 탈이온화 공정이 본 발명에서 제공된다. 이 공정은 마그네슘, 칼슘, 이산화탄소, 그리고 실리카와 같은 오염물을 함유하는 물을 정제하기 위하여 사용될 수 있다. ; 물론, 이 발명적 공정은 그러한 용도에 한정되는 것은 아니다. 이 부분 탈이온화 공정은 제 1 전압이 제공되는 제 1 탈이온화 모듈에서 오염된 공급 유동을 처리하는 것을 포함한다. 탈이온화 공정에서 고려되는 다른 변수인 제 1 전압은, 시스템이 일부 이온의 "스케일링" 또는 침전에 이바지 하지 않는 상태로 유지되는 동안(그렇지 않으면 이 이온들은 탈이온화 시스템에서 부적절한 시점에서 공급 유동을 떠남), 공급 유동으로 부터 강하게 이온화된 종을 제거하기 위하여 계산된다.

제 1 탈이온화 모듈을 통과한 후, 이것은 제 1 생성물 유동이 된다. 비록 강하게 이온화된 오염물 종이 제 1 탈이온화 모듈의 작업을 통하여 제 1 생성물 유동으로부터 제거되었더라도, 수많은 보다 약하게 이온화된 종들이 남아있을 것이다. 이 제 1 생성물 유동은 그러므로 제 2 탈이온화 모듈에 도입된다. 제 2 전압 이 제 2 탈이온화 모듈에 제공된다. 제 1 전압보다 큰, 제 2 전압은 제 1 모듈에서 제거된 것보다 약하게 이온화된 종의 제거를 촉진하기 위하여 계산된다. 전통적인 전기-탈이온화에서, 보다 약하게 이온화된 종을 제거하기 위한 충분한 강도의 전압의 적용은 불리한 pH의 형성으로 인하여 보다 강하게 이온화된 종의 스케일링을 유발하는 경향이 있다. 본 발명에서 그러한 강하게 이온화된 종은 제 1 탈이온화 모듈에서 제거된 후 더 이상 존재하지 않는다. 약하게 이온화된 종은 그러므로 스케일링의 염려 없이 효과적으로 제거된다. 이 공정은 그러므로 보다 에너지 효율적이 된다.

설명된 공정은 공급 유동이 100 내지 200 cm/분의 유속에서 중성 pH 근처로 도입되고 유지는 경우에 최적으로 수행된다. 물론, 다른 조건들도 고려될 것이다. 비록 본 발명의 일 실시예는 전체 공정이 스택의 다양한 지점에서 한 가지 이상의 전압을 적용하도록 변형된 단일 탈이온화 스택에서 수행되도록 하나 , 다른 실시예에서는 공정의 각각의 단계가 독립된, 단일-전압 스택에서 일어나도록 할 수 있다.

이 공정은 두 분리된 전압을 갖는 오직 두 분리된 탈이온화 모듈의 사용에 한정되지 않는다. 그보다는, 몇개의 탈이온화 모듈 그리고 전압이 사용되어, 각각의 탈이온화 모듈에서 제거되는 이온종의 분화를 증진시킬 수 있다. 만일 다중 모듈이 사용되는 경우, 공정은 하나 이상의 스택에서 일어날 수 있다.

독립된 스택 내에 구별되는 타입의 수지를 필요로 하는 선행 기술의 시스템과 달리, 본원 발명은 각각의 스택에 동일한 타입의 수지를 사용할 수 있다.

본원 발명의 다른 측면과 장점은 명세서, 도면, 그리고 청구범위로부터 얻을 수 있다.

본원 발명의 FDI 공정은 제어된, 순차적 방식의 물 분해의 부가적 기능과 함께 이온 교환 수지 및 이온 교환 막의 염/이온 분리를 이용한다. 이것은 스케일링의 위험 없이 정제를 위하여 시스템에 보다 높은 수준의 경도가 도입되는 것을 허용한다. 이 FDI은 공정은 칼슘 그리고 실리카를 제거하기 위하여 그들 각각의 연속적 조건 하에서 사용된다. 선행 기술의 EDI 형태에서, 실리카 제거에 유리한 조건들은 또한 경도 제거를 초래한다. ; 그러나, 보다 높은 경도 농도에서 침전이 실리카의 제거에 적절한 조건에서 일어난다. 그러한 침전은 본 발명에서 제거된다.

이 FDI 공정은 비-스케일링 그리고 전기탈이온화 스택 내의 용액에 이온을 유지하기에 유리한 설계에 의하여 pH 조건을 생성하는 구별되는 전기화학 공정 조건 하에서 이온종을 선택적으로 제거하는 것에 관련된다. 전통적인 전기탈이온화 스택에서 전압은 스택을 가로질러 제공되며, 스택은 막 사이에 배치된 하전된 매질을 함유한다. 보다 낮은 전압 및 결과로서 생기는 전류는 Ca²⁺, Mg²⁺와 같은 2가 이온을 제거할 수 있으며 그리고 훨씬 높은 전압은 실리카와 같은 까다로운 이온을 제거하기 위하여 필요하다. 전통적인 EDI 스택이 실리카를 제거하기 위하여 보다 높은 전압에서 작동되는 경우, Ca²⁺그리고 Mg²⁺와 같은 2가 이온이 결과로서 생기는 pH에 의하여 공급 유동으로 부터 침전된다. 이것은 스택에 스케일링을 유발한다.

FDI는 낮은 경도 허용량을 갖는 전통적인 EDI 시스템의 결점을 극복한다. FDI는 수지-재생 이온의 생성을 허용하며 제거를 위하여 예정된 이온종을 목표로 하는 이동성을 부과한다. 이것은 심지어 5 ppm의 경도를 갖는 공급수에서도 시스템에서 스케일링 없는 분리를 허용한다. FDI에서, 다른 전압이 단일 전기탈이온화 장치 내의 인접 전기탈이온화 스택 또는 인접 구역을 가로질러 제공된다. 낮은 전압은 경도를 제거하기 위하여 제 1 스택 또는 스택의 일부를 가로질러 제공된다. 보다 높은 전압은 그 후 스택 또는 스택의 일부에 실리카 그리고 다른 까다로운 이온을 제거하기 위하여 제공된다. FDI는, 그러므로, 공급수 유동 내의 초기의 높은 경도에 의한 스케일 형성에 민감하지 않다. 이것은 pH가 알칼리성인 실리카 제거 단계에서, 공급물은 제거될 경도를 갖지 않기 때문이다.

FDI 공정의 상세한 설명

부분 탈이온화 공정은 초래되는 침전 없이 시스템의 경도 허용량을 개선시키는 개념으로 고안되었다. 이것은 또한 스케일링을 방지하기 위하여 외부적 화학물질의 투여될 필요가 없는, 예를 들면 산이 첨가될 필요가 없는 조건으로 설계되었다. 동시에 이 시스템은 목적하는 생성물 품질 및 에너지 효율적 방식의 실리카 감소를 제공할 수 있어야 한다.

부분 탈이온화 공정은 다음의 문제를 고려하여 설계되었다.

1. 특정 이온종, 예를 들면 Ca²⁺, Mg²⁺, Na+, Cl-, 그리고 황산염은 탈이온화 흡착 공정에 반응하는 그들의 고유의 친화력 및 동력의 방향으로 수지 매질 내에서 그들 자신을 운반하는 능력에 의하여 제거하기 쉽다.

2. 그러한 이온종은 높은 동력을 요구하지 않으며 완화한 DC 전압의 조건 하에서 탈이온화 될 수 있는데, 이것은 그들이 수지 매질 내에서 높은 이동성을 갖기 때문이다.

3. 특정한 다른 종은 즉시 흡착 가능한 또는 운반 가능한 형태에 있지 않으며 탈이온화 공정에 반응하기 위하여 그들의 구조 변형을 요구한다.

4. 위의 3에서 정의된 이온종은 보다 높은 동력을 요구한다.

5. 물은 특정 전압에서 분해하는 것으로 알려져 있으며, 분해의 정도는 제어 제공된 전압 그리고 결과로서 생기는 전류의 제어에 의하여 제어될 수 있다.

6. 폐기 유동(reject stream)의 pH는 물 분해의 적용의 정도 그리고 수소 및 하이드록실 이온의 행동에 의하여 제어될 수 있으며 그리고 용액에서 스케일링 생성물의 억제에 이바지 하도록 제조된다 .

부분 탈이온화는 설계의 목적에 도달하기 위하여 전술한 개념을 사용한다. 순차적 방식으로, 또는 동일한 스택 내에서, 물 분해 전압 바로 위의, 전지 쌍 당 3-5 볼트의 최소한의 가능한 전압을 적용함으로써 스케일 형성을 초래하는 이온종 및 다른 1가 이온을 제거하는데 초점이 있다. 2가 이온 그리고 Na⁺, K⁺, Cl^-그리고 HC03^-와 같은 일부 정도의 일가 이온의 제거는 바로 운반을 촉진하고 운반의 방향을 제공함에 의하여 전기탈이온화 스택에서 얻을 수 있다. 그리고 이것은 고도로 재생되는 환경을 요구하지 않는다. 물 분해가 일어나지만 폐기의 pH가 중성 미만 또는 산성인 정도로 제어되며, 이것은 용액 내의 잠재적 스케일링 생성물을 억제하기 위하여 포화지수를 제어하는데 도움이 된다. 이것은 폐기 유동으로의 일부 수소의 이동 그리고 결과로서 생기는 알칼리도의 감소에 의하여 가능한 반면, 하이드록실 이온은 그들의 보다 낮은 확산에 의하여 여전히 공정에 영향을 주지 못한다. OH^-이온은 희석 구획에 남아있거나 또는 음이온 소비자(consumers)에 의하여 소비되고 제1 단계 생성물의 일부가 된다. 제공된 전압은 CaCO₃로서 0.5 ppm미만으로 경도를 감소시키기에 충분하다 그러나 이 경우 실리카의 감소는 없으며 실시예에서 이후 상세히 설명되는 다른 이온종의 부분적 감소가 있다. 여기서 스케일링의 원인이 되는 모든 이온들은 그들의 제거에 요구되지 않으며 만일 제공되는 경우 스케일링을 일으킬 수 있는 높은 전압의 제공 없이 부분적으로 제거된다. 동일한 스택 내에서, 이것은 우선 보다 낮은 전압의 영향 하에 있는 스택의 보다 낮은 부분을 통하여 공급수를 통과시킴으로써 얻어진다. 스택의 이 부분은 경도 제거 구역이라고 불린다. 만일 단일 스택 내에서 이루어지는 경우 샘플은 경도의 감소를 특정하고 다른 매개변수를 테스트하기 위하여 샘플링 지점을 통하여 스택의 이 부분으로부터 빼내어 질 수 있다. 만일 독립된 스택 내에서 이루어지는 경우, 샘플은 성능을 확인하기 위하여 제 1스택의 생성물 출구로부터 빼낼 수 있다.

이 접근은, 물이 이제 보다 높은 정도의 물 분해를 요구하는, 보다 까다로운 이온의 변형 및 운반을 위하여 제공된 전압에 의한 높은 동력이 요구되는 (동일한 스택 내의 또는 구별되는 스택 내의)다음 단계를 통과하도록 한다. 만약 전지 쌍 (cell pair) 당 10-15볼트의 보다 높은 전압이 제공되는 경우, 다른 음이온의 우선적 제거 후 실리카를 흡착하기 위한 음이온 부위를 재생하기 위하여 다른 음이온 형태의 실리카의 음이온을 재생하기 위하여 충분한 물 분해가 있다. 그것의 다른 음이온 형태는 이제 막 매질 그리고 막을 통하여 폐기유동으로 운반 가능하다. 유사하게 이산화탄소 또한 사용 가능한 하이드록실 이온과 결합되고 HCO^- ₃이온으로폐기 유동으로 운반된다. 여기 폐기 유동에서의 pH는 9 이상이며 대부분 9 내지 10.5이다. 이것은 하이드록실 이온이 실리카 그리고 이산화탄소를 위하여 폐기 유동으로의 담체로서 작용하기 때문이다. 이것은 아마도 그들의 음이온 수지 매질을 통한 보다 쉬은 확산에 기인하는 것을 보인다. 이것은 폐기 유동에 알칼리성 pH를 초래하며 용액에서 실리카를 완전히 억제한다. 이 공정에서 다른 1가 음이온 그리고 양이온 또한 기대되는 수준으로 제거된다. 이 공정에서 침전의 생성 없이 실리카의 감소는 5 ppb 미만 그리고 2 ppb까지 가능하다. 동일한 스택에서 실리카의 제거가 이루어지는 경우, 이것은 보다 높은 전압의 영향 하에 있는 스택의 상부에서 일어난다. 이 부분을 실리카 제거 구역이라고 부른다. 스택의 이 부분의 성능을 평가하기 위하여 전도성 및 실리카를 분석하기 위하여 샘플은 개별적으로 빼내어 질 수 있다.

이 두 단계의 폐기 유동은 개별적으로 취급되며 재순환 모드로 유지된다.

다음의 문제들 또한 FDI의 작업을 이해하고 구별하는데 중요하다.:

1. 부분 탈이온화 공정의 다른 단계에서의 수지의 특성

각각이 이온 부하의 다른 타입의 영향을 받으므로 수지의 특성은 FDI의 다른 단계에서 어느 정도 구별되는 것으로 밝혀졌다. 두 단계에서 막 사이의 수지는 완전히 충전되며 막 표면과 완전히 접촉한다는 사실은 중요하다. 이것은 도 1에 나타난 바와 같이 흐름의 우회가 없다는 것을 확보하기 위하여 그리고 또한 이온의 매질을 통과하여 막으로 그리고 그 후 폐기 유동으로의 손쉬운 이동을 위하여 매질이 연속적으로 존재한다는 것을 확보하기 위하여 요구된다.

만약 제 1 단계 매질이 재생 수지로 제조되는 경우, 제 1 단계의 성능은 일관되지 않다는 것이 밝혀졌다. 경도 결과는 일관되지 않을 것이며 공급물로부터 제거된 경도 대 폐기에서 수집된 것의 물질 평형 결과는 부합하지 않을 것이다. 이것은 일단 작동하기 시작하면 접촉의 감소 및 성능의 저해를 일으키는 수지의 수축의 결과일 것이다. 이것은 또한 이들 조건 하에서 스택을 개봉한 후 희석 스페이서(spacers)를 조사하는 경우 명백하였다. 그러나, 만약 매질이 완전히 충전된 소모된 수지로 제조되는 경우, 경도 감소에 대한 성능은 처음부터 시작되며 작업에서 일관성을 유지할 것이다. 이것은 수지가 일단 작업이 시작되면 부분적으로 재생되기 때문일 것이며, 이것은 수지의 팽창 특성에 의하여 접촉을 더욱 개선할 것이다. 이로 인하여 이온의 물질 평형을 수립하는데 어려움은 없었다. 이것은 또한 제 1 단계 탈이온화는 낮은 전압의 완화한 동력의 영향 하에서 매질에 의하여 촉진되는 이온의 운반 결과 이상이라는 것을 확증한다. 심지어 소모된 수지로도 목표 경도 감소의 성능이 얻어진다는 사실로부터 현저한 재생이 없다는 것은 명백하다. 물 분해의 효과는 최소한이며 단지 폐기 유동에서 유리한 pH를 유지하도록 도울 뿐이다. 그러므로 제 1 단계에서 수지는 소모된 상태에 매우 근접하게 유지되며 희석 챔버를 충전하는 동안 다만 5% 범위의 팽창이 제공된다.

제 2 단계에서 수지는 완전히 재생되어야 하며, 이것은 상승된 전압에서 물 분해에 의존한다. 심지어 매질이 외부적으로 재생된 수지로 제조된 경우에도, 성능이 수립될 수 있기 전에 그리고 수지가 고도로 재생된 상태가 되기 전에 몇 시간의 재생 시간이 필요하다. 그러나 이 경우 성능은 시간에 따라 개선된다. 수지가 완전히 충전된 상태로 되어 있는 것 또한 필요하다. 그러나 동일한 희석 스페이서 부피에 대하여 수지 부피는 보다 높은 수준의 재생 및 결과로서 생기는 부풀은 상태로의 충전으로 인하여 전 단계에서 필요한 것의 미만이다. 제 2 단계에서 필요한 수지의 총 부피는 제 1 단계에서 필요한 것의 10-12% 미만이며 그리고 팽창으로 15-20% 부피의 공급(provision)이 제공된다.

이로부터 FDI 수지 특성 및 탈-이온화의 메커니즘이 두 단계에서 상당히 구별된다는 것이 명백하다.

물 분해의 제어 및 그 부위

물 분해는 시스템의 최소 전압 이상에서 일어나는 것으로 알려져 있으나, 도 2a 그리고 2b에 도시된 비유사 수지-수지 그리고 수지 막 인터페이스에서 가속된다.

다음의 기준은 물 분해의 제어 및 이용을 위하여 FDI 공정에서 중요한 것 들이다.

1. 물 분해는 제어된 방식으로 일어나므로 만약 에너지를 저축하는 것이 필요하지 않는 다면 피할 수 있다. 이것은 감소의 용적(bulk)이 현저한 물 분해 없이 얻어질 수 있는 FDI의 제 1단계에 관련된다.

2. 물 분해는 이 설계에서 침전 또는 생성물 pH에 불리하게 영향을 주기 시작함이 없이 그들의 재조합 또는 폐기 유동으로 진행하기보다는 관련 부위의 재생에 H⁺그리고 OH^-이온 사용의 보다 높은 가능성이 있는 특정 부위에서 일어난다.

3. 물 분해는 국소적 침전의 기회를 피하기 위하여 심한(heavy) 혼합의 영향 하에 있으며 정체되지 않은 부위에서 일어난다.

수지-수지 그리고 수지-막 인터페이스 사이의 양극 표면적 분포의 몇몇 조합으로 작업한 결과, 물 분해가 바로 수지-수지 양극 부위에 한정되는 경우에 FDI 성능이 최상이 된다는 것이 관찰되었다. 이것은 재생 공정에서 물분해 생성물의 효과적인 이용을 가능하게 하며 그리고 매질을 통한 유동이 최대화 되도록 한다. 이것은 또한 특히 보다 높은 유동 하에서 또는 낮은 수준의 실리카가 예측되는 경우 전체 막 면적이 이온 확산 제한 공정에 사용 가능하다는 것을 확보한다.

실험의 상세 설명

일련의 시도가 수행되었으며, 각각은 100 내지 700 시간 동안 작업되었다. 사용된 공급수는 5μs/cm의 초기 전도도를 가졌으며, 이것은 100 μs/cm에 도달할 때까지 증가되었다. 전도도의 증가는 염화 나트륨, 중탄산나트륨, 그리고 염화 칼슘의 외부적 첨가를 통하여 얻었다. 연구는 공급물에 실리카를 첨가하여 충분히 이루어 졌다. 실험-01의 목적은 전압 조건의 변화와 함께 FDI 공정의 다른 조건을 시뮬레이션(simulation) 하는 동안 pH 프로필을 연구하는 것이다. 각각의 경우, 전압 그리고 전류랑의 영향이 분석을 위하여 기록되었다.

사용된 스택은 190 mm x 350 mm의 효과적인 막 크기의 9.5 mm의 희석 챔버 그리고 2.5 mm의 농축 챔버 였다. 사용된 수지 인터페이스에 대한 수지의 양극 표면적은 사용 가능한 막 표면적의 1/2과 등가였다. 평가는 다른 전압 그리고 전류랑 조건에서 공급물의 다른 조성에 의하여 이루어졌다. 아래에 선택된 데이터는 전압및 전류량 효과로 분류된다.

1) 낮은 전압 및 낮은 전류랑 조건:

공급물은 양이온 (소듐 그리고 칼슘) 그리고 음이온 (염화물, 중탄산염, 그리고 용해된 이산화탄소)의 불순물을 함유한다. 이 공급물은 재순환 되어 생성물은 공급물과 혼합되었다. 공급의 전도도 그리고 pH는 전술한 바와 같이 폐기 유동에서 제거된 이온을 보상하기 위하여 외부적으로 그들의 화학물질 용액에 양이온 그리고 음이온의 첨가에 의하여 유지되었다.

표 1

표 1에 나타난 바와 같이, 공급 pH는 6 내지 6.5의 수준이며, 경우에 따라 7로 상승한 것이 관찰되었다. 제공된 전압은 4 내지 volts/pair였으며 소비된 전류량은 매우 낮았고, 0.25 amps를 초과하지 않았다.

양이온 제거는 85% 이상인 것으로 밝혀졌으며, 염화물 제거는 90%이상이었다.

물 분해는 과도하게 발생하였다. 여기서 생성물은 매우 염기성인 것으로 관찰되어 (pH 9이상의), 생성된 OH^-이온이 막을 향하여 이동하지 못함을 증명하였고 생성물 유동에서 물의 흐름과 함께 나왔다. H⁺이온은 그러나, 쉽게 챔버에서 나와 폐기 유동으로 들어가 산성화 하는 것으로 밝혀졌다.

페어(pair)당 전압이 4 volts/pair로 감소하고 분해의 정도가 감소함에 따라, 생성물 pH는 중성을 향하는 것으로 밝혀졌다.

2) 높은 전압 및 높은 전류랑 조건.

다른 경우에서, 아래의 표 2에 도시된 결과, 구역 A는 1 ppm을 초과하지 않는 실리카의 부하를 가지며, 그리고 소듐, 염화물, 탄산, 중탄산염, 또는 용해된 C0₂이외의 다른 불순물은 없었다. 이것은 물이 중탄산염 염화물, 실리카 그리고 탄산의 음이온 부하를 가지며, 양이온 부하는 오직 소듐만이라는 것을 의미한다.

구역 B는 실리카 대신 1ppm을 초과하지 않는 칼슘의 부하를 갖는다. 이것에 따르면, 음이온 부하는 염화물 그리고 탄산으로 구성되며, 양이온 부하는 소듐 그리고 칼슘 이온으로 구성된다.

모든 조건에서 공급 pH는 6 내지 7.0로 관찰되었으며, 그리고 제공된 전압은 10이상의 volts/pair였다. 모든 조건에서 중성 또는 중성에 가까운 생성물 pH는 공급 pH보다 크며, 중성 또는 중성에 가깝다. 모든 결과에서폐기 pH는 염기성이며 9이상이다.

표2

유입시의 농축 유동 전도성은 400 μs/cm 내지 700 μs/cm로 다양하며, 다만 B-1 데이터는 오직 200μs/cm이다. 이제 표 2의 A-3와 B-1 조건을 비교하면, 동일한 전압/pair가 제공되나 전류량 소비에는 차이가 있다. 이것은 농축 유동의 전도성의 차이 때문이다. 보다 높은 전도성 (A-3)에서 이끌어낸 암페어(amps)는 다른 상황의 경우(B-1)의 두 배이다. 이 변화량은 pH에 격렬한 영향을 준다. 공급 전도성이 보다 큰 극단적인 경우에서, 폐기물의 pH는 10 이상의 값으로 더욱 증가된다. 그리고 다른 편에서 보다 낮은 공급 전도성은 pH가 9 이하의 값으로 감소된다. 이것은 제 2단계에서 탈이온화를 제어하기 위한 물 분해 다양한 조절 수단을 의미한다.

10 volts/pair이상의 전압은 음이온을 보다 더 활성화시키며, 만일 전류랑이 2차적 수단(전압이 아닌)에 의하여 감소되는 경우, 동일한 전압(A-3의 경우와 같이)이 폐기 유동에서 보다 많은 OH^-이온의 운반을 초래한다. 그러한 시스템에서 10 volts 이상은 고 전압으로 정의될 수 있으며, 1.5 이상의 전류량은 고 전류랑이라고 할 수 있다.

낮은 전압-낮은 전류랑 그리고 고 전압-고 전류랑의 두 상태는 FDI 시스템을 생성하는데 상당한 역할을 하며 그리고 이후의 작업에 기초가 된다.

일련의 시리즈의 스택:

케이스-1

공급수는 칼슘 이온의 불순물을 갖는다. 공급물 pH는 6 내지 6.5이며 경우에 따라 7까지 상승한다.

모든 칼슘 이온은 폐기 측면(reject side)에서 분리되므로 수용된 생성물은 칼슘을 함유하지 않고 폐기 측면은 칼슘이온이 부하된다. 공급 측면에는 폐기 측면보다 소량의 칼슘이 존재한다. 폐기 측면에서의 침전은 방지하여 하며 이 조건을 얻기 위하여, 폐기 측면 pH는 약산성이어야 한다. ; 보다 많은 H⁺이온이 양이온을 따라 이동하여야 한다. pH를 중성 이하로 유지하는 것은 칼슘 침전을 방지하는 데 충분할 것이다. ; 더 이상은 에너지 낭비이다.

다른 측면에서, 공급 챔버에서 염기성은 피해야 한다. 만약 생성물의 pH가 중성 또는 중성에 가깝다면, 이 공정은 보다 온건하게 진행될 것이다. 보다 많은 H⁺이온이 폐기 측면에서 사용될수록, 훨씬 많은 OH^-이온이 소비된 후 생성물 쪽으로 이동하기 때문에, 만일 생성물 pH가 중성이 아니고 약간 정도로 7 이상이라면 배출 시점에서 해롭지는 않을 것이다.

폐기물: pH 중성 ---> 산성 지향

생성물: pH 중성---> 약 염기 지향

만일 공급물이 강하게 그리고 약하게 이온화된, 전술한 두 케이스 모두에서의 음이온 그리고 양이온 모두의 불순물을 함유하는 경우, 요구되는 가장 전도성인 상태는 서로 반대이다. 한 경우에서 폐기 pH가 산성인 것이 적절한 반면, 다른 경우 에서는 염기성인 것이 적절하다. 개별적인 조건을 유도하기 위한 방법은 작업 조건이 다른 경우 차이가 있다.

이것이 부분 탈이온화 공정 개발의 기초이다. 공급물이 스택으로 들어가고 이 과정에서 가능한 최대로 경도(양이온 불순물)를 제거하는 것이 목적인 제 1 전기 단계로 들어가는 것이 단일 스택 장치이다 . 낮은 전압 그리고 낮은 전류랑의 제 1조건이 여기서 사용되며, 이것은 칼슘 함량을 5ppm 내지 1ppm 미만으로 만든다. 폐기 pH 수준은 공급물로부터 경도가 침전되는 것을 허용하지 않는다. 충분한 전류랑 없이 생성된 OH^-이온은 실리카를 이온화하지 않는다. 그러므로 실리카 제거 대수롭지 않다. 생성물 챔버에서 일부 OH^-이온의 생성은 알칼리도를 상승시키는 경향이 있으며, 이것은 부분적으로 중탄산염을 탄산염으로 전환시킬 것이다.

단계 -1 효과

사용된 스택은 이하에서 상술된다. : 유효 막 치수는 190 mm x 350 mm였다. 희석 챔버 두께는 10 mm 그리고 농축 챔버는 2.0 mm 이었다.

수지 대 수지 양극 표면적은 막 표면적의 1/2과 동일하다. 탈염수는 4 μs/cm의 전도성을 취하였다. CaCO₃의 5ppm의 농도를 공급수에 제공하기 위하여 칼슘경도는 외부에서 첨가되었다. 농축 전도성은 200μs/cm로 유지되었다. 제공된 전압은 4 내지 5 volts/pair였다.

실시예-01

각각 두 전지 쌍의, 두 가지 통상의 스택은 독립된 희석 챔버로 초기 이중 전압 시스템을 만들고 그들을 일련의 시리즈로 연결하여, 공급물 그리고 농축물은 제 1 스택으로 공급되고, 그리고 생성물 그리고 제 1 스택의 폐기물은 제 2 스택을 위한 공급물이 된다.

모든 시험 작업에서 사용된 스택의 유효 막 특징은 :

치수 : 넓이 190 mm 그리고 길이 350 mm.

희석 챔버: 각 단계에서 2

각 단계에서 작업 막 표면적 1330 ㎠.

두 단계에서의 총 표면적 2660㎠.

단계 당 층 길이(bed length) 0.7 m 그리고 총 1.4 m.

이 설계에서 얻어지는 생성물 유속은 0.56 내지 0.71㎤/분/표면적㎠ 이었다. 이 실험의 결과는 표 3에 도시된다.

표3

다-단계 부분 탈이온화 시스템의 제 1단계는 낮은 전압 그리고 낮은 전류랑에서 작동된다. 생성물 pH는 8보다 큰 것을 관찰되었으며, 그리고 폐기 pH는 3.6- 4.2정도로 낮았다. 경도는 CaCO₃로서 6 ppm에서 1 ppm 미만으로 감소하였다. 이 단계의 전도성은 그러므로 염 감소는 70%를 초과하며, 이것은 심지어 칼슘의 감소가 85%를 초과하는 경우에 우리가 기대하는 것 미만이다. 보다 낮은 전압에 의하여, 희석 구획에서 생성되는 OH^-이온은 이동성이지 않으며 거부 측면으로 이동하지 않으므로 생성물에 존재한다. 탄산의 중탄산의 보다 높은 형태로의 전환은 OH^-이온에 의하여 유발되며, 이 이온은 공급물의 그것에 비하여 생성물의 알칼리도를 상승시킴으로서 관찰된다. 그러나 전류량은 여전히 이 이온의 막을 통한 이동 및 운반을 허용하기에 부족하다.

케이스-2

공급수는 실리카 그리고 탄산의 불순물을 갖는다. 공급 pH는 6 내지 6.5이다.

모든 음이온 불순물은 공급물로부터 분리되어 실리카 그리고 탄산이 없는 생성물을 제공하며, 폐기물은 모든 분리된 이온을 수집한다. 이것이 일어나기 위하여, 반응이 일어나기 위하여 충분한 OH^-이온이 공급 챔버 내에서 산출되어야 한다. 쉬운 이동을 위하여 농도가 막 표면에 충분히 높은 수준으로 유지되도록 고 에서지가 요구된다. 이것은 보다 많은 OH^-이온 또한 가로질러 이동하도록 한다. 그 결과, 폐기 측면의 pH는 염기성으로 되며, 생성물 측면은 중성으로 남아있다.

폐기물: pH 중성 ----> 염기성 지향.

생성물: pH 약 산성 ------> 중성 지향.

단계-2 효과

이 단계에서 공급물은 불순물로서 주로 제 1 단계에서 제거되지 않은 약하게 이온화된 종을 함유한다. 전술한 바와 같이, 실리카 그리고 탄산 그룹 모두는 이온화와 이동을 위하여 OH^-이온과 고 에너지를 요구한다. 제 2단계에서 요구되는 전압은 10 volts/pair 이상이다.

우리는 동일한 세부사항의, 다만 물은 5μs/cm의 전도도를 가지는 스택을 사용한다. 실리카는 1ppm으로 공급물에 투여된다. 이 투여량은 단지 매우 짧은 시간 동안 1ppm을 초과하여 증가된다. 물은 용해된 C0₂를 함유하나, 이번에는 경도는 존재하지 않는다.

실리카를 도입하기 위하여 사용된 원료로부터 강하게 이온화된 소듐이 존재하였다. 이 실험은 표 4-A에 도시된다.

표 4-A

제 2 단계 효과의 목적은 모든 잔여 불순물을 제거하고 생성물 저항 18 Mega ohms의 생성물 저항을 얻는 것이다. 이 층은 재생되었으며 그 후 실리카 투여량을 포함하는 공급 유동의 첨가가 시작되었다. 스택은 100시간 이상 작동되었다. 물에서 폐기물의 전도성은 400 μs/cm로 유지되었다. 11 내지 17 volts/pair의 전압이 제공되었다. 전압과 폐기-유입(reject-in) 전도성은 2.5 amps 이상의 보다 높은 측면에서 소비되는 전류량을 제공하는 원인이 된다.

이 표는 그러한 상황에서 발행하는 효과를 설명하기 위하여 3 부분으로 나누어진다. 모든 조건은 고 전압 및 고 전류량 조건을 만족한다.

S-1

재-순환에서 생성물의 연속 저항이 적어도 18MΩ인 경우 첨가가 시작된다. 공급물에 실리카 첨가가 시작되고 1000ppb의 수준으로 유지된다. 실리카 수준은 하크 분광 광도계(Hack spectrophotometer)에 의하여 감시되며 25 내지 400℃의 모든 작업 온도에서 20ppb 미만으로 관찰되었다. 비록 실리카 함량이 생성물에서 감소된 것으로 밝혀졌으나, 생성물 저항은 18 에서 17 MΩ로 떨어지기 시작하였다. 실리카의 첨가를 중단함에 따라, 저항은 18 MΩ로 다시 상승하였다.

저항의 변화는 탄산의 존재 그리고 사용된 고 전압 및 고 전류랑에 의하여 발생하였다. 고 전압 및 고 전류랑 조건에서, OH^-이온 이동성은 매우 빨라지며 그들의 흐름 방향을 향한 궤도도 보다 짧아져서 막을 통하여 보다 빠르게, 그러나 물을 통한 이상적인 이동 없이, 이동하도록 한다. 단 기간 동안 사용 가능한 OH^-이온은 탄산을 떠나 선택적으로 실리카와 반응한다. 탄산의 소량의 제거 또는 제거하지 않는 것은 즉시 생성물의 저항을 낮춘다.

S-2

17 MΩ으로 떨어진 저항은 실리카의 첨가 없이도 작동 후 한 시간 내에 정상으로 되었다. 1 ppm의 약간 이상의 실리카 수준으로 실리카 첨가가 다시 시작되었다. ; 이것은 3 amps이상으로 전류량의 증가를 초래하였다. 저항 감소는 이번에는 급격하였으며, 실리카의 첨가를 중지함에 따라 즉시 개선되었다. 실리카가 제어될지라도, 필요이상으로 물 분해를 일으키는 보다 큰 전류는 저항에 보다 바람직하지 않다는 것이 다시 한 번 입증되었다.

S-3

S-2와 유사하게, 소비된 전류는 4 amps로 상승하여 위의 수준의 모든 전류량의 값이 바람직하기 않다는 것을 확인하였다. 결과는 동일하였다.

모든 세 구획에서 폐기 구획으로 이동하는 OH^-이온은 전술한 pH 조건에 의하여 나타낼 수 있다. S-1에서 2.5의 전류량 조건에서 약 9.2이었던 pH는, S-2에서 3이상의 전류량에서 9.8까지 올라갔다. 4 이상으로의 전류의 더 이상의 증가로 pH는 10 이상으로 밝혀졌다. 이 조건은 희석 챔버에서 발생된 OH^-이온의 과도한 이동으로부터 초래되며 심지어 실리카가 제어되는 경우 에도 생성물 저항을 감소시킨다.

물이 약하게 이온화된 이온을 함유하므로 고 전압 상태가 요구된다.

그러나 과도한 것은 작업을 보다 효율적으로 하지 못하며 오히려 반대로 비생산적이다.

표 4-B

표 4-B는 3 세트로 분석된다. 여기서의 변형은 유동에서 폐기물의 전도성을 감소시킴으로써 상승된 전압에서 전류량을 감소시키기 위한 것이다. 전도성은 400에서 100 μs/cm으로 감소되었다. 2.5 내지 4.5 amps의 범위를 갖는 전류랑은 1 amp로 감소되었다. 이 3 세트는 흐름(flow) 조건에 작은 변화를 갖는다.

S-1에서, 공급 흐름은 대략 2100 cc/min이며 공급 전도성은 6 μs/cm이다.

S-2에서 흐름은 2100 cc/min으로 일정하게 유지되나 전도성은 11 μs/cm로 증가하고 수반되어 흐름 또한 2400 cc/min로 증가한다.

S-3에서는 상승된 흐름 조건이 존재한다.

이들 모든 변형 내에서, 제공된 전압은 16.5 내지 17.5 volts/ pair였으며소비된 전류랑은 대략 1 amps 이었다. 폐기 pH는 8.9 내지 9.2인 것으로 밝혀졌다. pH가 9.4로 상승하였었으나 보다 낮은 수준으로 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 생성물 내의 실리카는 20 ppb 이하로 유지되었으며, 그리고 동시에 생성물의 저항은 18 plus MΩcm이상으로 관찰되었다. 스택은 품질의 손상 없이 50시간 이상 작동되었다.

여기서는 CaCO₃로서 5ppm 이상의 경도가 낮은 전압 그리고 암페어(ampere) 조건에서 제 1단계에서 걸렸다. 여기서 실리카는, 만일 존재한다면, 제거되지 않고 탄산은 부분적으로 보다 강한 이온 그룹으로 전환되나. 중탄산염은 여전히 물 내에 존재한다. 제 1 단계의 생성물은, 전압 및 전류량이 구별되며 보다 높은 제 2 단계로 도입되는 경우 남은 불순물이 제거되어 고순도의 생성물을 제공한다. 이 두 단계는 구별되는 시리즈로 연결되는 스택들을 사용하여 또는 두 전기적 단계를 수용할 수 있는 특별히 설계된 스택을 사용하여 조합될 수 있다. 두 가지 배열 모두 우리의 결과를 확인하기 위하여 시험되었다.

이중 전압 FDI:

도 4는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 손쉬운 작업을 위하여 새로운 스택 이 설계되어, 물이 단일 경로에서 2가지 다른 접압에 도입될 수 있는 특별히 제조된 설계를 통하여 흐르도록 하였다. 첫 번째 절반(half)의 경로는 하나의 타입의 전압으로 유도되며 이것이 강하게 하전된 이온 그리고 경도를 제거하는 부분 탈이온화 시스템의 제 1단계이다. 두 번째 절반은 약하게 하전된 이온을 포함하는 잔여이온 불순물의 미량을 제거하는 고 전압 영역이다.

실시예-02

이 설계의 스택 특성은 다음과 같다 :

막 치수: 넓이 190 mm 그리고 길이 350 mm.

희석 챔버: 각각의 단계에서 하나 그리고 절반 넘버(numbers).

각 단계에서 작업 막 표면적 998㎠.

두 단계의 총 표면적 1996㎠.

층(Bed) 길이 0.5 미터/단계 그리고 총 1.0 미터.

동일한 전지 설계를 위한 변형된 스택에서, 제 1 단계에서 제 2단계로의 연속적인 흐름으로, 분석이 필요한 경우 단계- 1의 생성물 (제 2 단계를 위한 공급물)의 물 샘플을 수집하기 위한 양식(provision)이 제조되었다.

변형된 투-인-원(two-in-one) 스택이 설계되었으며 다음과 같이 작동되었다. : 두 독립된 물 순환 루프(loops)가 제조되었다. 한 공급 순환 루프는 스택의 유입구에 연결되었다. 이 유동으로부터의 물 배출은 최종 생성물이었으며, 이것은 재순환을 위하여 탱크에 저장되었다. 공급 탱크는 공급 전도성이 증가될 필요가 있는 경우 칼슘 염화물 그리고/또는 소듐 염화물 그리고 중탄산나트륨 형태로 경도의 첨가를 허용하였다. 다른 루프는 농축 공급물의 것으로서 두 단계 모두의 스택의 폐기 구획에 연결되었다. 스택으로부터 나오는 폐기물은 유동으로 돌려보내기 전에 농축 전도성을 제어하기 위하여 희석되었다. 초기에 스택은 몇 시간동안 최소 공급 전도성으로 시작되어 스택이 고정되고 재생되었다. 전술한 막 표면적과 표준 스택시스템에 대한 경험의 관계에서, 유속은 분당 1200 내지 1400㎤로 예측되었다.

스택은 다음의 조건 및 기댓값으로 작업되었다. :

1 - 공급 경도: CaCO₃로 5 ppm

2 - 공급 전도성: 13 내지 16 μs/cm.

3- 제 1 단계 생성물: 1 ppm미만의 경도.

4- 제 2 단계 생성물: 허용 가능한 경도.

5- 제 1 단계: 낮은 전압 그리고 제 2 단계: 높은 전압.

작업 중 하나에서 다음과 같은 스택 성능이 관찰되었다. :

a) 스택은 초기에 안정화 기간을 포함하여 80시간 동안 작동되었다. ;

b) 다음 40 시간 동안, 공급 흐름은 1200 ㎤/분, 공급 전도성은 12 내지 14 μs/cm으로 유지되었다. (아래 표 5참조);

c) 공급 전도성은 소듐 염화물의 첨가로 60 ps/cm로 상승되었으며, 공급물에서 41시간부터 5ppm의 경도 부하를 유지하였다.

표 5

경도 및 전도성은 각각의 유동의 pH에 따라 측정되었다. 결과는 다음을 반영한다.

i. 공급물 내의 경도는 5 ㅁ 1 ppm이었으며, 제 1 단계의 폐기는 그것의 90%뿐이었으며 0.5 ppm을 넘지는 못하였다. 최종 생성물은 24 ppb 미만의 경도로 분석되었다.

ii. 경도는 또한 물질 균형을 찾기 위하여 제거된 염의 담체인 폐기 유동에서 측정되었으며, 정확한 것으로 밝혀졌다.

iii. 단계 1의 폐기물의 pH는 산성인 것으로 밝혀졌으며, 제거된 염이 구획 내에서 침전되지 않는다는 것을 확인하였다. 단계 2의 폐기물의 pH는 알칼리성으로 유지되어, 약하게 하전된 잔여 이온의 제거를 위하여 요구되는 보다 높은 전압에서의 이온 분해 이론을 확인하였다.

iv. 생성물 저항은 16 내지 13 MΩcm으로 유지되었다. 주요한 분리는 제 1 단계에서 일어나고 있으며 제 2단계에서 공급되는 전도성 물질의 부재 하에, 저항은 16 에서 13 MΩcm로 변하였다.

v. 제 4점은 소듐 염화물의 첨가에 의하여 공급 전도성을 60 μs/cm 증가시킴으로써 확인되었다. 모든 다른 매개변수는 동일하게 유지되었으며, 다만 생성물 저항은 17 MΩcm으로 개선되었다.

공정은 요구되는 조건에 따라, 공급 흐름은 1500 ㎤/분으로 증가되었으며, 공급 전도성은 60 μs/cm의 상승된 수준에서 유지되었다. 다음 80시간 동안의 작업의 데이터는 아래와 같다. :

표 6

i. 생성물 저항은 순서대로 유지되었다.

ii. 전술한 모든 다른 매개변수 요구된 대로 이었으며, 막을 통한 염 평형은 순서대로였다.

변형된 설계의 공정을 확인하기 위하여 이 과정은 여러 번 반복되었다.

변형된 설계는 그러므로 다음의 장점을 갖는 것으로 밝혀졌다. :

1) 생성물 저항을 보다 빨리 그리고 보다 우수하게 얻을 수 있었다.

2) 막의 단위 면적당 얻은 유속은 더욱 컸다.

3) 공정에서 보다 우수한 물의 혼합은 보다 우수한 그리고 보다 안정한 결과를 가져온다.

4) 이 설계는 최소의 기계적 누출 가능성을 가지며 기계적으로 튼튼하다.

5) 고 전도성 이온 그리고 약한 전도성 이온의 분리가 시스템 내에서 다른 지점에서 발생하므로, 효과적인 부하가 분포되었으며 전력 소비는 가공되는 물의 단위 부피당 급격히 감소하였다.

실시예 03

4 전지 쌍 배열(configuration)로 다른 실험이 수행되었다. 이 시스템은 시스템의 최종단계를 위한 공급물로서 취해지는 물의 분석을 위하여 단계-1로부터 빼 내는 양식(provision)을 갖는다. 어려움 없이 경도 제거를 확인한 후에, 목표는 공급물에 존재하는 실리카의 제거 수준을 찾는 것이다.

비유사 수지와 막 사이에 유지되는 양극 표면적은 :

1) 음이온 수지 v/s 양이온 수지: 140 ㎠.

2) 양이온 막 그리고 음이온 수지: 198㎠

3) 음이온 막 v/s 양이온 수지: 99 ㎠

4) 세 희석 챔버 시스템을 흐르는 유속은 1700 cc/min 내지 2000 cc/min로 유지된다.

스택은 다음 조건에서 작동된다.

1) 공급 전도성: 15 내지 20 μs/cm.

2) 공급 경도: CaCO₃로서 5 ppm

3) SiO2로서 공급 실리카 : 200-225 ppb.

초기 단계에서 제공된 직류는 3 내지 5 volts/pair이며, 최종단계에서 제공된 전압은 15 내지 18 volts/pair이었다.

경도 누출, 잔여 실리카 그리고 생성물의 저항에 대하여 연속적인 감시가 수행되었다.

실리카 제거

도 5에 300시간 이상의 실리카 제거 결과가 그래프로 나타나 있다.

도 5의 분석에서, y축 왼쪽은 공급물에 유지된 실리카 값을 나타내며 그리고 중간 단계에서 얻은 값은 각각 연속적인 밝은 색 선과 진한 색 점선으로 나타나 있다. 두 값 모두는 거의 동일한 수준으로 진행하며 시스템의 초기단계에서 실리카의 제거는 무시할 만 하다는 것을 나타낸다. y축 오른쪽은 최종 생성물에서 측정된 잔여 실리카를 나타낸다. 300시간 동안의 작업으로 얻어진 실리카의 값은 2ppb이었다. 그리고 얻어진 최대값은 단지 15ppb 이었다. 평균 잔여 실리카는 10ppb 미만이었다.

생성물 저항

시간을 흐름동안 생성물 저항을 추적한 도 6은, 20 내지 25 시간의 초기 안정화 기간 후에 300시간의 전체 작동 기간 동안 생성물은 17MΩ이상으로 유지된다는 것을 나타낸다.

실시예 04

동일 배열 4 전지 쌍에서 다른 실험이 수행되었다. 세 희석 챔버에서 유속은 1700 cc/min 내지 2000 cc/min로 유지되었다. 초기에 스택은 2 ppm 경도 그리고 200 ppb의 실리카 불순물을 갖는 공급물에 도입되었다. ; 그 후 다른 강하게 이온화된 음이온 그리고 양이온이 시스템의 각 단계에서 그들의 제거를 산출하도록 첨가되었다. 이 실험의 목적은 FDI 공정의 구별되는 단계에서 특정 이온 감소를 평가하는 것이었다.

300시간 이상의 스택 성능이 표 7에 도시된다.

표7

초기 안정화 기간 후의 생성물 저항은 도 7에 도시된 바와 같이 밝혀졌다.

제 1단계의 이온 제거 효율

a. 고도의 이온종

b. 약한 이온종

200 ppb의 한계로 공급물에 도입된 실리카는 제 1 단계 후 동일한 양으로 남아있어, 1단계에서 적게 감소하거나 감소되지 않음을 확인하였다.

계산에 의하여 측정된 총 C0₂는 아래와 같이 제 1 단계 동안 감소되는 것으로 나타났다.

제 2 단계의 이온 제거 효율

a. 고도의 이온종

위의 음이온 및 양이온은 사용된 장치의 정밀도 내에서 제 2단계에서는 없는 것으로 나타났다. 사용된 장치의 최소 검출 가능 한계는 아래와 같다.

b. 약한 이온종

실리카의 제거는 제 1단계에서 최소인 것으로 관찰되었다. 공급물에 공급된 양은 제 2 단계로 가서 아래와 같이 감소되는 것이 관찰되었다.

에너지 효율적으로 만드는 물 분해 이상의 최소 전압에서 1가 소듐 그리고 염화물을 포함하는 모든 2가 이온의 현저한 제거가 FDI의 제 1단계에서 일어난다는 것은 명백하다. 높은 전압은 오직, 이온 부하가 미미한 수준으로 최소화되고 전체 경도 허용량이 올라가는 공정의 일부만을 위하여 에너지 집중적인 물 분해가 필요한 경우에만 제공된다.

비록 부분 탈이온화 공정의 특정한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니며, 등가의 방법을 포함한다는 것을 이해하여야 할 것이다. 또한 본 발명은 물의 탈 이온화에만 제한되는 것이 아니며, 모든 액체의 평가에 적용됨을 명백히 이해하여야 할 것이다.

명백히, 전술한 가르침에 의하여 본 발명의 많은 변형 및 변이가 가능할 것이다. 그러므로 청구범위의 보호범위 내에서 본 발명의 전술한 상세한 설명 이외의 다른 실시가 이루어 질 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims

다음의 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

(a) 정제될 액체의 공급 유동을 제공하고;

(b) 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 포함하는 제 1 모듈에서 공급 유동을 처리하고, 여기서 제 1 전압이 상기 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 가로질러 공급되어, 상기 공급 유동으로부터 스케일링을 유발하는 적어도 제 1 이온종이 제거되어 제 1 생성물 유동이 산출되고;

(c) 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 포함하는 제 2 모듈에서 제 1 생성물 유동을 처리하고, 여기서 상기 제 1 전압과 구별되는 제 2 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 가로질러 제공되어, 상기 제 1 생성물 유동으로부터 적어도 제 2 이온종이 제거된 제 2 생성물 유동이 산출되고;

(d) 제 2 생성물 유동을 회수한다.
제 1 항에 있어서, 제 1 모듈과 제 2 모듈은 단일 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 1 항에 있어서, 제 1 모듈과 제 2 모듈은 독립된 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 1 항에 있어서, 제 2 모듈은 하나 이상의 후속 모듈에 의해 연속되고, 각 후속 모듈은 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 보유하고, 여기서 선행 모듈의 전압과 구별되는 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 가로질러 제공되고, 각 후속 모듈은 선행 모듈로부터 생성물 유동을 처리하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 4 항에 있어서, 제 1 모듈, 제 2 모듈, 하나 이상의 후속 모듈은 단일 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 4 항에 있어서, 제 1 모듈, 제 2 모듈, 하나 이상의 후속 모듈은 독립된 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 1 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 7 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압과 제 2 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 2 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 9 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압과 제 2 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 7 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 생성물 유동에 하나 이상의 화학물질을 추가하기 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 1 항에 있어서,

(a) 제 1 모듈에서 제 1 수지는 소모된 수지를 포함하고;

(b) 제 2 모듈에서 제 2 수지는 하나 이상의 재생되거나 부분적으로 재생된 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 12 항에 있어서, 모듈의 단위 부피당 수지의 용량은 제 2 모듈에서보다 제 1 모듈에서 많은 함량으로 충전되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 1 항에 있어서, 제 1 모듈은 적어도 한 가지 양이온-투과성 막과 적어도 한 가지 음이온-투과성 막을 포함하고, 막-수지 양극 인터페이스는 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 14 항에 있어서, 제 2 모듈은 적어도 제 2 양이온-투과성 막과 적어도 제 2 음이온-투과성 막을 포함하고, 막-수지 양극 인터페이스는 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 4 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 생성물 유동이 후속 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 최종 생성물 유동이 최종 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 폐기 유동이 후속 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 16 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 후속 생성물 유동 데이터, 최종 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터, 후속 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압, 제 2 전압, 후속 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 5 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 생성물 유동이 후속 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 최종 생성물 유동이 최종 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 폐기 유동이 후속 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 18 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 후속 생성물 유동 데이터, 최종 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터, 후속 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압, 제 2 전압, 후속 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
아래 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

(a) 정제될 액체의 공급 유동을 제공하고;

(b) 음극과 양극 사이에 복수의 희석과 농축 구획 어셈블리를 포함하는 제 1 전기탈이온화 모듈에서 공급 유동을 처리하여 상기 공급 유동으로부터 적어도 제 1 이온종이 제거된 제 1 생성물 유동을 산출하고, 여기서

(i) 제 1 전기탈이온화 모듈 전압은 음극과 양극을 가로질러 제공되고;

(c) 음극과 양극 사이에 복수의 희석과 농축 구획 어셈블리를 포함하는 제 2 전기탈이온화 모듈에서 제 1 생성물 유동을 처리하여 제 1 생성물 유동으로부터 적어도 제 2 이온종이 제거된 제 2 생성물 유동을 산출하고, 여기서

(i) 제 2 전기탈이온화 모듈 전압은 음극과 양극을 가로질러 제공되고;

(ii) 제 2 전기탈이온화 모듈 전압은 제 1 전기탈이온화 모듈 전압과구별되고;

(d) 제 2 생성물 유동을 회수한다.
제 20 항에 있어서, 제 1 전기탈이온화 모듈과 제 2 전기탈이온화 모듈은 단일 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 20 항에 있어서, 제 1 전기탈이온화 모듈과 제 2 전기탈이온화 모듈은 독립된 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 20 항에 있어서, 제 2 전기탈이온화 모듈은 하나 이상의 후속 전기탈이온화 모듈에 의해 연속되고, 각 후속 전기탈이온화 모듈은 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 보유하고, 여기서 선행 전기탈이온화 모듈의 전압과 구별되는 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 가로질러 제공되고, 각 후속 전기탈이온화 모듈은 선행 전기탈이온화 모듈로부터 생성물 유동을 처리하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 23 항에 있어서, 제 1 전기탈이온화 모듈, 제 2 전기탈이온화 모듈, 하나 이상의 후속 전기탈이온화 모듈은 단일 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 23 항에 있어서, 제 1 전기탈이온화 모듈, 제 2 전기탈이온화 모듈, 하나 이상의 후속 전기탈이온화 모듈 중 적어도 2개는 독립된 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 20 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 26 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압과 제 2 전압중 하나 이상의 조정을 위한 적어도 한가지 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 23 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 생성물 유동이 후속 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 최종 생성물 유동이 최종 생성물 유동 데이터를 산출하는조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 폐기 유동이 후속 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 28 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 후속 생성물 유동 데이터, 최종 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터, 후속 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압, 제 2 전압, 후속 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
아래 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

(a) 정제되는 액체의 공급 유동을 제공하고;

(b) 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 포함하는 제 1 모듈에서 공급 유동을 처리하고, 여기서 제 1 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 상기 공급 유동으로부터 적어도 제 1 이온종이 제거된 제 1 생성물 유동이 산출되고;

(c) 제 1 생성물 유동에 화학물질의 첨가로 제 1 생성물 유동을 처리하여 변형된 제 1 생성물 유동을 제공하고;

(d) 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 포함하는 제 2 모듈에서 변형된제 1 생성물 유동을 처리하고, 여기서 제 1 전압과 구별되는 제 2 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 제 1 생성물 유동으로부터 적어도 제 2 이온종이 제거된 제 2 생성물 유동이 산출되고;

(e) 제 2 생성물 유동을 회수한다.
제 30 항에 있어서, 제 1 모듈과 제 2 모듈은 단일 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 30 항에 있어서, 제 1 모듈과 제 2 모듈은 독립된 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 30 항에 있어서, 제 2 모듈은 하나 이상의 후속 모듈에 의해 연속되고, 각 후속 모듈은 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 보유하고, 여기서 선행 모듈의 전압과 구별되는 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 가로질러 제공되고, 각 후속 모듈은 선행 모듈로부터 생성물 유동을 처리하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 33 항에 있어서, 제 2 생성물 유동 또는 연속 생성물 유동중 적어도 하나는 후속 변형된 생성물 유동을 생산하는 화학물질의 첨가를 통하여 처리되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 33 항에 있어서, 제 1 모듈, 제 2 모듈, 하나 이상의 후속 모듈은 단일 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 33 항에 있어서, 제 1 모듈, 제 2 모듈, 하나 이상의 후속 모듈 중 적어도 2개는 독립된 장치에 포함되는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 30 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 37 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압과 제 2 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 33 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 생성물 유동이 후속 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 최종 생성물 유동이 최종 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 후속 폐기 유동이 후속 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
제 39 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 후속 생성물 유동 데이터, 최종 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터, 후속 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압, 제 2 전압, 후속 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 액체 정제 공정.
아래의 단계를 포함하는 물 정제 공정:

(a) 정제되는 물의 공급 유동을 제공하고, 상기 공급 유동은 경도(hardness)가 적어도 5 ppm인 화학종을 포함하는 불순물을 포함하고;

(b) 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 포함하는 제 1 전기탈이온화 모듈에서 공급 유동을 처리하고, 여기서 제 1 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 상기 공급 유동으로부터 적어도 제 1 이온종이 제거된 제1 생성물 유동이 산출되고, 상기 제 1 이온종은 적어도 칼슘 이온을 포함하고;

(c) 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극을 포함하는 제 2 전기탈이온화 모듈에서 제 1 생성물 유동을 처리하고, 여기서 제 1 전압보다 높은 제 2 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 제 1 생성물 유동으로부터 적어도 제 2 이온종이 제거된 제 2 생성물 유동이 산출되고, 상기 제 2 이온종은 적어도 실리카 음이온을 포함하고;

(d) 제 2 생성물 유동을 회수하고, 상기 제 2 생성물 유동은 18.3 메가옴(메가옴)의 저항 및 최대 5 ppm 이상의 실리카 농도를 보유한다.
제 41 항에 있어서, 공급 유동이 공급 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 생성물 유동이 제 1 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 생성물 유동이 제 2 생성물 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 1 폐기 유동이 제 1 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건, 제 2 폐기 유동이 제 2 폐기 유동 데이터를 산출하는 조건중 하나 이상의 분석을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 물 정제 공정.
제 42 항에 있어서, 공급 유동 데이터, 제 1 생성물 유동 데이터, 제 2 생성물 유동 데이터, 제 1 폐기 유동 데이터, 제 2 폐기 유동 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 제 1 전압과 제 2 전압중 하나 이상의 조정을 위한 하나 이상의 수단이 존재하는 것을 특징으로 하는 물 정제 공정.
아래의 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

공급 유동에 적어도 2가지 서로 다른 전압을 순차적으로 가함으로써 상기 공급 유동으로부터 복수의 이온종을 순차적으로 제거하고, 상기 적어도 2가지 서로 다른 전압 각각은 서로 다른 이온종을 제거하기 위하여 우선적으로 선택된다.
아래의 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

공급 유동에 적어도 2가지 서로 다른 전압을 순차적으로 가함으로써 상기 공급 유동으로부터 복수의 이온종을 순차적으로 제거하고, 상기 적어도 2가지 서로 다른 전압 각각은 서로 다른 이온종을 제거하기 위하여 우선적으로 선택되고 액체의 정제동안 소모되는 에너지를 최소화하기 위하여 우선적으로 선택된다.
아래의 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

탈이온화 모듈에 공급 유동을 통과시켜 상기 공급 유동으로부터 하나 이상의 이온종을 제거하고, 상기 탈이온화 모듈은 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극 및 복수의 음이온-투과성 막과 양이온-투과성 막에 의해 분리되는 복수의 서로 엇갈리는 희석 챔버와 농축 챔버로 구성되고, 막-수지 양극 인터페이스는 존재하지 않는다.
아래 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

(a) 정제되는 액체의 공급 유동을 제공하고;

(b) 하나 이상의 음극, 하나 이상의 양극, 제 1 충전된 수지을 포함하는 제 1 모듈에서 공급 유동을 처리하고, 여기서

(i) 제 1 충전된 수지는 완전히 소모된 수지로 구성되고;

(ii) 제 1 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 상기 공급 유동으로부터 적어도 제 1 이온종이 제거된 제 1 생성물 유동이 산출되고;

(c) 하나 이상의 음극, 하나 이상의 양극, 제 2 충전된 수지를 포함하는 제 1 모듈에서 제 1 생성물 유동을 처리하고, 여기서

(i) 제 2 충전된 수지는 재생된 수지로 구성되고;

(ii) 제 1 전압과 구별되는 제 2 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 제 1 생성물 유동으로부터 적어도 제 2 이온종이 제거된 제 2 생성물 유동이 산출되고;

(d) 제 2 생성물 유동을 회수한다.
아래 단계를 포함하는 액체 정제 공정:

(a) 정제되는 액체의 공급 유동을 제공하고;

(b) 제 1 수지, 하나 이상의 음극, 하나 이상의 양극을 포함하는 제 1 모듈에서 공급 유동을 처리하고, 여기서 제 1 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 상기 공급 유동으로부터 적어도 제 1 이온종이 제거된 제 1생성물 유동이 산출되고;

(c) 제 2 수지, 하나 이상의 음극, 하나 이상의 양극을 포함하는 제 2 모듈에서 제 1 생성물 유동을 처리하고, 여기서

(i) 제 2 수지의 조성은 제 1 수지의 조성과 매우 유사하고;

(ii) 제 1 전압과 구별되는 제 2 전압이 하나 이상의 음극과 하나 이상의 양극에 교차 제공되어 제 1 생성물 유동으로부터 적어도 제 2 이온종이 제거된 제 2 생성물 유동이 산출되고;

(d) 제 2 생성물 유동을 회수한다.