KR20090019010A - 관개 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20090019010A
KR20090019010A KR1020097000648A KR20097000648A KR20090019010A KR 20090019010 A KR20090019010 A KR 20090019010A KR 1020097000648 A KR1020097000648 A KR 1020097000648A KR 20097000648 A KR20097000648 A KR 20097000648A KR 20090019010 A KR20090019010 A KR 20090019010A
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water
irrigation
separation device
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electrically driven
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KR1020097000648A
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그레이 씨. 갠지
에브게니야 프레이디나
애닐 디. 자
리-시앙 리앙
프레드릭 씨. 윌킨스
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지멘스 워터 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

본 발명의 전기 구동식 분리 장치는 해수 및/또는 염분이 있는 물을 담수화시켜 요망되는 나트륨 흡착비(SAR)를 지닌 관개수를 제공하는 데 사용될 수 있다.

Description

관개 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR IRRIGATION}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(e) 하에 2006년 6월 22일자 출원된 미국 가출원 시리얼 넘버 60/805,512(발명의 명칭: "ELECTRODIALYSIS FOR DESALINATION OF SEAWATER AND BRACKISH WATER FOR ARGICULTURAL USE") 및 2006년 5월 13일자 출원된 미국 가출원 시리얼 넘버 60/804,610(발명의 명칭: "ELECTRODIALYSIS AND FILTRATION FOR AGRICULTURAL WATER PRODUCTION")을 우선권 주장한다. 이 두 문헌은 모두 그 전부가 본원 참조로 포함된다.
1. 발명의 분야
본 발명은 작물 관개수(irrigation water) 뿐만 아니라 적정수(potable water)를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특히 허용되지 않는 용존 고형물 함량을 지닌 물로부터 관개수 및/또는 적정수를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술에 대한 논의
탈염(desalting) 또는 담수화(desalination)는 예를 들어 물로부터 염을 제거하는 수처리 공정을 말한다. 몇몇 경우, 수원(water source)은 염분이 있는 물 또는 해수이고, 이의 탈염 기술은 적정 음용수에 대한 지방자치의 요건 중 적어도 일부를 제공한다. 담수화 기술은 일반적으로 증류 뿐만 아니라 역삼투 기술에 근거한 기술을 포함한다. 탈염수는 또한 예를 들어 공정 급수, 보일러 급수, 및 관개수와 같은 상업용 및 산업용 적용에 소비될 수 있다. 탈염수를 사용할 수 있는 산업의 특정 예로는 약제업, 광업, 제지업, 및 농업이 포함된다.
발명의 개요
본 발명의 몇몇 양태는 처리하려는 물을 전기 구동식 분리 장치에 도입하여 약 20 이하의 나트륨 흡착비(SAR 또는 RNa) 값을 지닌 관개수를 제공하는 것을 포함하는 방법과 관련된 하나 이상의 구체예를 제공한다. SAR 값은 하기 식에 따라 결정될 수 있다:
Figure 112009002007305-PCT00001
상기 식에서, [Na]는 관개수 중의 나트륨 종의 농도(mol/m3)이고, [Ca]는 관개수 중의 칼슘 종의 농도(mol/m3)이고, [Mg]는 관개수 중의 마그네슘 종의 농도(mol/m3)이다.
본 발명의 또 다른 양태는 처리하려는 수원과 유체식으로 연결된 전기 구동식 분리 장치 및 전기 구동식 분리 장치에 유체식으로 연결된 관개수 분배 시스템을 포함하는 관개 시스템과 관련된 하나 이상의 구체예를 제공한다.
첨부되는 도면은 일정한 비례로 도시하고자 한 것은 아니다. 도면에서, 여러 도면에 도시되어 있는 각각의 동일하거나 거의 동일한 구성요소는 동일한 부호로 표시된다. 편의상, 각 도면의 모든 구성요소에 부호를 표시하지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 특징에 따른 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 추가의 특징에 따른 관개 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 추가의 특징에 따른 또 다른 시스템을 나타내는 또 다른 개략도이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 양태에 따른 허용되는 수준의 물 특징의 대표적인 범위를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 양태에 특징에 따라, 여러 수준의 선택도에서 일가 선택성 양이온 막을 이용하여 총 용존 고형물 수준에 대한 전기투석에 의해 탈염된 물의 예상된 나트륨 흡착비를 나타내는 그래프이다.
도 6은 하나 이상의 바람직한 특징을 갖는 처리된 물을 생성하는 본 발명의 단계별 처리 양태를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 구체예에 따른 장치에서 처리된 생성수의 총 용존 고형물 함량에 대한 막 선택도의 영향을 도시한 그래프이다.
도 8a 및 8b는 다른 비선택적 공정에 대한 본 발명의 시스템 및 기술에 의해 생성된 처리수의 몇몇 특징을 비교식으로 도시한 그래프이다.
본 발명은 그 적용이 하기 설명에서 언급되거나 도면에 도시되어 있는 구성요소의 구성 및 배열에 대한 세부사항으로 제한되지 않는다. 본 발명은 본원에서 예시적으로 제시된 것들을 벗어난 여러 방식으로 구현하여 실시되거나 수행될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양태는 농업 시설에 적합한 물을 제공하기 위한 시스템 및 기술을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 양태는 인간 사용 또는 소비 뿐만 아니라 가축 및 가금에 적합한 물 또는 수 적정수를 제공할 수 있다. 본 발명의 몇몇 시스템 및 기술은 농업, 가축, 가금 및/또는 인간 소비에 적합한 비적정수로 전환되거나 다르게는 이를 제공할 수 있다. 본 발명의 추가의 양태는 처리하려는 유체로부터 다른 화학종에 대한 몇몇 화학종을 우선적으로 또는 선택적으로 제거하여 하나 이상의 바람직한 특징을 갖는 생성물을 제공하는 시스템 및 기술을 포함할 수 있다. 비선택적 기술과 대조적으로, 본 발명의 몇몇 선택적 제거 양태는 블렌딩과 같은 추가의 후처리 공정을 피하거나 감소시킴으로써 보다 경제적일 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 기술은 의도되는 용도에 보다 적합한 처리수를 경제적으로 제공한다.
본 발명의 몇몇 구체예에서, 몇몇 타입의 화학종은 처리된 스트림에 보유되고, 다른 타입의 화학종은 우선적으로 제거된다. 형성되는 생성 유체는 다양한 적용에 사용되거고/되거나 하나 이상의 목적을 만족시킬 수 있다. 본 발명의 다른 양태는 특정 용도을 만족시키도록 맞춰진 하나 이상의 특성 또는 특징을 갖는 물을 제공하는 시스템 및 기술을 포함한다. 따라서, 본 발명의 몇몇 구체예는 물 스트림 또는 바디(body)가 이용되는 설비 또는 사용 지점의 하나 이상의 파라미터에 근거하여 조절된 하나 이상의 인자를 갖는 하나 이상의 물 스트림 또는 바디를 제공하는 시스템 및 기술을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 양태는 농업, 공업, 상업 및 주거 서비스용 물을 경제적으로 제공하는 시스템 및 기술을 포함할 수 있다. 추가로, 본 발명의 몇몇 특정 양태는 다수의 요건 또는 수준의 순도 또는 수질을 제공하는 물을 공급하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 몇몇 구체예에서, 본 발명의 시스템 및 기술은 혼합 용도 설비에 하나 이상의 물 스트림 또는 바디를 제공할 수 있다. 본 발명의 특히 유리한 양태는 높은 고형물 함량을 갖는 수원으로부터, 각각이 상이한 수질 수준을 가질 수 있는 다수의 물 스트림 또는 바디를 각각이 상이한 요건을 가질 수 있는 다수의 사용 지점에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 이러한 양태는 예를 들어, 비적정수를, 관개, 가축 및/또는 가금 소비, 및 사람 소비 또는 사용에 적정하고/하거나 적합하게 되도록 처리하는 시스템 및 기술을 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 양태에서, 그 안에 용해된 높은 수준의 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종을 갖는 물이 그러한 화학종의 농도를 제거하거나 적어도 허용되는 수준으로 감소시키도록 처리될 수 있다. 이러한 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종은 특정 적용에 부적합한 비처리된 물을 제공하는 임의의 화학종일 수 있다. 예를 들어, 상기 물은 토양 내 물의 보유 또는 흡착을 불리하게 또는 바람직하지 않게 방해하는, 높은 수준 또는 바람직하지 않은 농도의 일가 양이온 및/또는 음이온, 또는 예를 들어, 2가 또는 심지어 다가 화학종을 포함하는 다른 화학종을 함유할 수 있다. 상기 요건이 작물 관개에 적절한 경우, 바람직하지 않은 조건 또는 특징은 관개되는 토양의 투과성 및/또는 침투성에 영향을 미치는 하나 이상의 화학종을 함유하는 물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원의 몇몇 양태는 비-일가 화학종에 대해 일가 화학종을 우선적으로 제거하도록 물을 제공하거나 처리하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 특정 양태에 따르면, 본 발명은 처리하려는 물을 전기 구동식 분리 장치에 공급 또는 도입하는 것을 포함하는 시스템 및/또는 방법에 관한 구체예를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 구체예는 처리하려는 물의 하나 이상의 공급원에 유체식으로 연결되거나 적어도 연결가능한 전기 구동식 분리 장치 및 하나 이상의 관개수 분배 시스템을 포함하는 관개 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 이의 몇몇 구체예는 적정수를 제공하는 방법을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 몇몇 양태는 열 구동식 분리 기술 또는 유닛 작동장치 없이 관개수 및/또는 적정수를 제공하는 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 몇몇 구체예에서, 상기 방법은 처리하려는 물을 제공하고, 전기 구동식 분리 장치에서 처리하려는 물의 적어도 일부를 처리하여 제 1 처리수를 생성하는 하나 이상의 작업 또는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 하나 이상의 압력 구동식 분리 장치에서 처리하려는 물의 일부, 일반적으로 별개의 부분을 처리하여 제 2 처리수를 생성하는 하나 이상의 작업을 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 상기 방법은 제 1 처리수와 제 2 처리수를 혼합하여 적정수를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 적정수는 일반적으로 목표로 하거나 요망되는 총 용존 고형물(TDS) 함량을 갖는다.
적정수를 공급하는 시스템과 관련된 본 발명의 양태는 처리하려는 수원, 처리하려는 수원에 유체식으로 연결되거나, 적어도 연결가능한 유입구를 지닌 압력 구동식 분리 장치를 포함한다. 또한, 압력 구동식 장치는 하나 이상의 배출구, 일반적으로 처리수 배출구로서 하나 이상의 생성물 배출구를 지닐 수 있다. 또한, 압력 구동식 장치는 처리수로부터 제거된 하나 이상의 화학종, 일반적으로 바람직하지 않은 화학종을 함유하는 스트림에 대한 배출구로서 하나 이상의 리젝트(reject) 배출구를 갖는다. 적정수를 제공하는 시스템은 처리하려는 수원, 압력 구동식 분리 장치, 또는 이 둘 모두에 유체식으로 연결되거나, 연결가능한 하나 이상의 전기 구동식 분리 장치를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 하기에서 보다 자세히 기술되는 바와 같이, 하나 이상의 전기 구동식 분리 장치는 압력 구동식 분리 장치의 리젝트 배출구에 유체식으로 연결될 수 있다. 본 발명의 특정 구체예에 따르면, 적정수를 공급하는 시스템은 압력 구동식 장치의 처리수 배출구 및 전기 구동식 분리 장치의 생성수 배출구에 유체식으로 연결되거나 연결가능한 하나 이상의 유입구를 갖는 하나 이상의 혼합기를 추가로 포함할 수 있다. 혼합기는 몇몇 경우에 처리하려는 수원으로부터 스트림을 포함하는 하나 이상의 생성 스트림을 적어도 부분적으로 블렌딩하거나 배합하여 하나 이상의 바람직한 특징을 갖는 최종 생성 스트림을 형성하는 것을 돕는 임의의 혼합 유닛 작동장치를 포함할 수 있다.
처리하려는 물은 해수, 염분이 있는 물, 및/또는 용존 고형물 또는 염을 높은 농도로 함유하는 물을 포함할 수 있다. 처리하려는 물의 또 다른 수원은 침투 성 및/또는 독성을 고려하여 농업 시설에 사용하기에 부적합할 수 있는 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 기술은 경우에 따라 하나 이상의 작동 원리를 용이하게 하기 위한 전처리 서브시스템(subsystem)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전처리 및 후처리 유닛 작동장치가 본 발명의 하나 이상의 구체예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 시스템 및 기술은 처리하려는 물 중 임의의 현탁되는 고형물의 적어도 일부를 분리하거나 제거하는 하나 또는 다수의 필터를 포함하는 전처리 서브시스템을 포함할 수 있다. 이러한 전처리 서브시스템은 일반적으로 본 발명의 시스템의 임의의 다운스트림 유닛 작동장치를 손상시킬 수 있는 미립 물질을 제거한다. 또 다른 전처리 유닛 작동장치는 예를 들어, 1 마이크론 이상인 현탁된 고형물을 제거할 수 있는 퇴적 기초 시스템(sedimentary based system) 뿐만 아니라 마이크로필터(microfilter)를 포함한다.
추가의 전처리 작동장치는 본 발명의 하나 이상의 유닛 작동장치의 효율을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전처리 시스템은 분리 작동장치 전에 처리하려는 물을 각각 냉각하거나 가열하는 냉각기 또는 가열기를 포함할 수 있다. 원료 공급 스트림, 또는 임의의 중간 공정 스트림의 냉각은 예를 들어 바람직하지 않은 화학종의 운반을 용이하게 하거나, 처리하려는 스트림으로부터 바람직한 종의 운반을 방해하도록 수행될 수 있다. 유사하게, 가열은 원료 공급 스트림, 또는 하나 이상의 중간 공정 스트림의 온도를 예를 들어 하나 이상의 분리 장치의 경제적이거나 효과적인 작동을 용이하게 하는 바람직한 온도로 상승시키기 위해 수행될 수 있따. 가열 공정의 비제한적 예로는 본 발명의 공정 또는 시스템의 유닛 작동장치이거나, 이와 관련될 수 있는 가열기, 노, 또는 열 교환기가 포함될 수 있다. 예를 들어, 가열은 본 발명의 처리 시스템과 반드시 관련되는 것은 아닌 발전소의 열교환기를 통해 제공될 수 있다.
전처리 유닛 작동장치는 처리수의 하나 이상의 화합물의 농도를 폴리싱(polishing)하거나, 제거하거나, 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 이온 교환 칼럼은 전기 구동식 분리 장치 및/또는 압력 구동식 분리 장치에서 용이하게 제거되지 않는 화학종을 제거하는 데 사용될 수 있다. 전처리 유닛 작동장치에서 바람직하게는 일반적으로 제거되거나, 적어도 비독성 및/또는 불만족스러운 수준으로 농도가 감소되어야 하는 화학종의 비제한적 예로는, 토양 입단(soil aggregation), 물 침투에 영향을 미치고/거나 식물 성장에 독성일 수 있는 것들, 예컨대, 알루미늄, 비소, 베릴륨, 카드뮴, 코발트, 크롬, 구리, 철, 불화물, 리튬, 망간, 몰리브덴, 니켈, 납, 셀레늄, 주석, 티탄, 텅스텐, 바나듐, 붕소 및 아연이 포함된다. 하나 이상의 후처리 작동장치에 의해 처리될 수 있는 다른 종으로는 사람, 가금, 및/또는 가축에 대해 독성이거나 불만족스러울 수 있는 것들, 예컨대, 니트레이트, 니트리트, 및 바나듐 및 황화물이 포함되나, 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, 소독 공정이 사람 및/또는 가축에게 해로울 수 있는 콜로니(colony) 형성 미생물의 농도를 적어도 부분적으로 불활성화시키거나 감소시키도록 수행될 수 있다.
다르게는, 또는 하나 이상의 폴리싱 유닛 작동장치와 함께, 본 발명의 시스템 및 기술은 처리수의 적어도 일부에 하나 이상의 화학종을 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 석고(gypsum)가 하나 이상의 바람직한 화학종의 농도를 조절하거나, 물의 특징을 조절하기 위해 첨가될 수 있다. 다른 첨가제로는 물이 관개용으로 사용되는 경우, 작물의 성장을 용이하게 하는 비료 또는 그 밖의 보충물이 포함될 수 있다.
전기 구동식 장치는 일반적으로 캐리어 또는 유체로부터 이동시키기 위해, 하나 이상의 화학종, 일반적으로 바람직한 화학종 뿐만 아니라 바람직하지 않은 화학종을 포함할 수 있는 표적 화학종을 유도하는 구동력을 생성시키는 전위장(potential field)을 이용한다. 전기 구동식 장치는 이동 동안에 표적 화학종을 격리시키고/거나 반송 또는 역공정을 억제하는 하나 이상의 구성요소를 이용할 수 있다. 이러한 장치의 비제한적 예로는 전류 역류 전기투석(EDR) 기기 뿐만 아니라 전기탈이온화(EDI) 기기를 포함하는 전기투석(ED) 기기가 포함된다. 그러나, 본 발명은 이러한 전기 구동식 장치의 하나 또는 이들의 조합으로 제한되는 것은 아니며, 처리하려는 유체 중 다른 화학종에 비해 하나 이상의 표적 화학종의 우선적 이동을 용이하게 하는 구동력을 제공하는 다른 장치에서도 수행될 수 있다.
본 발명의 전기 구동식 분리 장치는 일반적으로 분리 현상을 용이하기 위한 이온 선택성 막을 이용한다. 몇몇 경우에, 선택적으로 투과성인 막은 다른 화학종에 비해 몇몇 화학종의 운반을 우선적으로 또는 선택적으로 허용할 수 있다. 예를 들어, 양이온 선택성 막이 전기 구동식 분리 장치의 소정 구획에서 사용될 수 있다. 다른 경우에, 음이온 선택성 막은 하나 이상의 구획에 사용될 수 있다. 또 다른 경우에, 본 발명의 전기 구동식 분리 장치는 일가 양이온 또는 음이온 화학종의 운반을 선택적으로 촉진하기 위해 하나 이상의 일가 선택성 막을 포함할 수 있다. 사실상, 본 발명의 몇몇 구체예에서, 본 발명의 분리 장치는 일반적으로 본 발명의 하나 이상의 농축 구획에, 일가 양이온 선택성 막 및 하나 이상의 일가 음이온 선택성 막을 포함할 수 있다. 상업적으로 입수할 수 있는 일가 선택성 막의 비제한적 예로는 아스톰 코포레이션(ASTOM Corporation, Tokyo, Japan) 또는 도쿠야마 코포레이션(Tokuyama Corporation, Tokyo, Japan)으로부터의 네오셉타(NEOSEPTA)® 양이온 및 음이온 선택성 막이 포함된다.
압력 구동식 분리 장치는 일반적으로 또 다른 침투를 허용하지만 그 사이의 이동을 억제하는 하나 이상의 배리어를 이용한다. 분리 현상을 용이하게 하는 구동력은 일반적으로 처리하려는 유체를 가압하는 것을 포함한다. 압력 구동식 분리 장치의 비제한적 예로는 미세여과, 나노여과(NF) 장치 뿐만 아니라 역삼투(RO) 시스템이 포함된다.
본 발명의 하나 이상의 구체예는 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같은 수처리 시스템(100)에 관한 것일 수 있다. 시스템(100)은 적정수, 관개수, 또는 둘 모두를 예를 들어, 사용 지점(114)에 공급하는 시스템일 수 있다. 수처리 시스템(100)은 몇몇 경우에 처리하려는 물의 수원(102)으로부터 하나 이상의 화학종 또는 하나 이상의 타입의 화학종을 선택적으로 제거하는 하나 이상의 분리 유닛 작동장치 또는 분리 장치(100)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 임의로 상기 처리 시스템의 하나 이상의 작동 특징을 표시하는 하나 이상의 모니터링 서브시스템(monitoring subsystem)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 일반적으로 분리 장치(110)로부터 생성되거나, 다르게는 처리된 수질을 나타내는 하나 이상의 모니터링 센서(108)를 구비할 수 있다. 본 발명의 몇몇 양태에서, 시스템(100)은 본 발명의 시스템 중 하나 이상의 유닛 작동장치의 하나 이상의 파라미터를 조절하기 위해 구성되고 배열된 제어 시스템 또는 제어기를 이용할 수 있다. 다시 도 1을 살펴보면, 이에 따라 시스템(100)은 일반적으로 분리 장치(110)의 하나 이상의 작동 파라미터를 하나 이상의 요망되는 조건으로 조절하는 하나 이상의 제어기(106)를 구비할 수 있다. 임의의 적합한 제어 기술이 사용되어 시스템(100)의 임의의 유닛 작동장치의 하나 이상의 작동 파라미터를 조절함으로써 하나 이상의 요망되는 특징을 갖는 처리수를 공급할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 기술은 하나 이상의 사용 지점으로의 처리수의 운반을 용이하게 하는 하나 이상의 수분배 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분배 시스템은 농업 시설에서 여러 사용 지점에 관개수를 전달하는 관개 분배 시스템을 포함할 수 있다. 처리수의 운반을 용이하기 위해, 분배 시스템은 저장소, 탱크, 우물, 또는 다른 용기, 및 컨테이너와 같은 하나 이상의 저장 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명의 관개 시스템은 물을 지정된 지역에 운반하기 위한 상부(overhead) 및/또는 표면 관개 기술을 이용할 수 있다. 이에 따라 관개 시스템 구성요소는 부동 기기 뿐만 아니라 이동식 기기를 이용할 수 있다.
상기 하나 이상의 저장 시스템은 분배 시스템의 일부로서 또는 처리 시스템의 보조 서브시스템인 것으로 간주될 수 있다. 상기 하나 이상의 저장 시스템은 추가로, 요망되는 특징을 갖는 처리수를 공급하는 것을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 상태 또는 특징을 갖는 처리수는 다른 처리된 또는 비처리된 물 바디 또는 스트림으로의 추가의 처리 또는 가공, 예를 들어, 블렌딩 전에 하나 이상의 저장 대상에서 저장될 수 있다.
도 2는 관개 시스템(200)에 적합한 본 발명의 몇몇 특징을 예시적으로 보여주는 개략적인 도식이다. 관개 시스템(200)은 유체식으로 연결된 분리 장치(230)를 포함하고, 도시된 바와 같이, 관개수 분배 시스템(224)을 통해 수원(202)로부터 처리하려는 물을 수용하도록 배치될 수 있다. 분리 장치(220)는 수원(202)으로부터의 물을 처리하여 본원에 제 1 타입의 작물로서 도시된, 제 1 사용 지점(228)에 처리수를 공급할 수 있다. 사용지점(228)은 예를 들어, 전체 작물의 적어도 일부분과는 다른 성장 단계에 있는 작물의 일부일 수 있다. 시스템(200)은 하나 이상의 제 2 분리 장치(230)를 추가로 포함할 수 있다. 분리 장치(230)는 또한 수원(202)로부터 물을 처리하여 제 2 관개수 분배 시스템(234)을 통해 제 2 타입 작물로서 도시된, 제 2 사용 지점(238)에 처리수를 공급할 수 있다. 사용지점(228), 제 2 사용지점(238)은 예를 들어 제 1 사용 지점(228)과 같이 관개하려는 작물과 동일한 타입의 일부이거나 상이한 성장 단계에 있는 제 2 작물의 일부일 수 있다. 본 발명의 몇몇 구체예에 따르면, 분리 장치(230)는 임의로 도관 또는 연결부(244)를 통해 분리 장치(220)로부터의 처리수 대신에 및/또는 이러한 처리수를 보충하기 위해 제 1 사용지점(228)에 처리수를 공급할 수 있다. 본 발명의 몇몇 구체예는 적어도 부분적으로 단계별 처리 방안을 고려할 수 있다. 예를 들어, 제 1 분리 장치(220)는 도관 또는 분배 시스템(242)을 통해 제 2 분리 장치(230)에서 추가로 처리될 수 있는 제 1 수질 또는 특징을 갖는 처리수를 공급할 수 있다. 다수의 제 2 분리 장치(230)는 하나 이상의 제 1 분리 장치(220)와 함께 사용되어 하나 이상의 사용 지점에 처리수를 공급할 수 있다. 본 발명의 몇몇 구체예는 분리 장치의 연속되는 배열을 포함할 수 있고, 다른 구체예는 분리 시스템을 하나 이상의 사용지점의 용량적 요건을 만족시키도록 처리수를 제공하는 병렬 구성으로 사용할 수 있다. 그러나, 몇몇 경우에, 연속되는 배열과 병렬 처리 경로가, 각각의 하나 이상의 처리된 물 스트림이 하나 이상의 요망되는 특징을 갖는 유량 또는 다수의 유량으로 처리수를 제공하도록 조합될 수 있다.
시스템(200)은 시스템(200)의 임의의 구성요소 또는 서브시스템의 하나 이상의 작동 파라미터를 제어하기 위한 하나 이상의 제어기(미도시됨)를 포함할 수 있다. 도 1에 예시적으로 도시된 시스템과 같이, 시스템(200)은 하나 이상의 작동 파라미터를 조절할 수 있는 하나 이상의 제어기를 가질 수 있다. 예를 들어, 시스템(200)의 하나 이상의 제어기는 임의의 분리 장치에서 인가되는 전기장의 전류, 전위, 또는 이둘 모두를 조절할 수 있다. 조절될 수 있는 그 밖의 파라미터로는, 예를 들어 상기 시스템의 임의의 스트림의 TDS 함량, 압력, 온도, pH, 흐름 비 또는 이들의 임의의 조합이 포함된다.
본 발명의 몇몇 양태에 따르면, 처리수 스트림의 하나 이상의 특징은 지점(114)에 사용하기에 적합하도록 하는 임의의 측정되거나 유래된 생성 스트림의 특성일 수 있다. 그러나, 본 발명은 이와 같이 제한되지 않는다. 예를 들어, 물의 특징은 처리하려는 물 스트림과 관련하여 처리된 또는 생성된 물 스트림의 특성일 수 있다. 특성 또는 파라미터는 물의 단수적, 복합적 또는 집합적 특징일 수 있다. 이러한 특성의 특이적인 비제한적 예로는, 물의 전도성 또는 저항성, 수중 하나 이상의 특정 화학종 또는 화학종의 종류의 존재, 부재, 또는 농도 뿐만 아니라 이들의 조합이 포함될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 본 발명의 시스템 및 기술은 복합 특징으로서 나타나거나 정량화될 수 있는 요망되는 물 특성을 갖는 물을 제공한다. 복합 특징은 특정 용도를 위한 처리수의 적합성을 표시할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 시스템 및 기술은 하나 이상의 요망되는 복합 특징을 갖는 물을 제공하는 것을 추구하거나 적어도 촉진시키는 작동장치를 포함할 수 있다. 관개 적용에서, 처리수 특성은 관개수로서의 적합성에 관련될 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 양태는 하나 이상의 특징을 조절함으로써 비적정수를 처리하여 물을 처리수로서하나 이상의 농업 시설의 관개용으로 적합하게 하는 것에 관한 것일 수 있다. 본 발명의 몇몇 양태는 하나 이상의 농업 시설에서 재배되거나 경작되는 하나 이상의 작물에 맞춘 관개수를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 2와 관련하면, 본 발명의 시스템 및 기술은 제 1 복합 특징을 갖는 제 1 처리수를 제 1 타입의 작물(228)에 공급하고, 제 2 복합 특징을 갖는 제 2 처리수를 제 2 타입의 작물(238)에 공급할 수 있다. 제 2 처리수는 제 1 처리수의 특징을 보충 및/또는 조절하기 위해 사용될 수 있으며, 역으로 제 1 처리수가 제 2 처리수의 하나 이상의 특징을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 특징은 예를 들어 하나 이상의 처리수 스트림을 함께 혼합하거나 블렌딩함으로써 특정 요건에 부합하도록 조절될 수 있다. 특정의 목표로 하는 특징은 혼합하려는 처리수 스트림의 비 또는 상대적 양 또는 유량을 조절함으로써 달성될 수 있다.
일반적인 작동 동안에, 하나 이상의 분리 장치(220) 및 (230)은 각각 일반적으로 하나 이상의 부차적인 스트림을 생성시킨다. 일반적으로, 하나 이상의 부차적인 스트림은 허용되지 않는 수준의 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종을 함유한다. 임의의 하나 이상의 부차적인 스트림은 폐스트림으로서 방출될 수 있다. 에를 들어, 일반적으로 분리 장치(230)에서 처리된 스트림으로부터 전달된 하나 이상의 화학종을 함유하는 폐스트림은 도관 또는 분배 시스템(236)을 통해 방출되거나 처리하려는 물의 수원(202)에 전달될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 다른 구체예에서는 일반적으로 하나 이상의 다운스트림 분리 장치로부터 하나 이상의 부차적인 스트림을 하나 이상의 업스트림 분리 장치에서 처리하려는 물 스트림과 배합하는 것이 고려된다. 또한, 폐스트림이 처리 시스템과 직접적으로 결합되거나 결합되지 않을 수 있는 다른 스트림과 함께 방출될 수 있다. 예를 들어, 방출시키려는 스트림은 예를 들어, 처리 스트림의 유닛 작동장치가 아닐 수 있는 냉각탑으로부터 하나 이상의 블로우 다운(blow down) 스트림과 혼합된 후 처리되어야 하는 수원으로 반송될 수 있다. 그러나, 다른 경우에서, 하나 이상의 폐스트림이 매우 낮은 염도(salinity)를 갖는 물과 함께 저장되어 합쳐져서 토양 표층으로부터 칼슘과 같은 염, 및 가용성 광물의 침출(leaching)을 초래할 수 있는 물 침투 문제를 경감시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 구체예에서, 제 2 분리 장치(230)로부터 도관(236)에 함유된 부차적인 스트림은 단독으로 또는 도 2에 도시된 바와 같이 수원(202)로부터의 처리하려는 물과 함께 도관(222)을 통해 전달되어 제 1 분리 장치(220)에 도입될 수 있다.
도 1 및 2에서 개략적으로 도시된 시스템은 수처리를 용이하게 하는 유닛 작동장치를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택적 시스템이 수원(202)으로부터의 물 중에 현탁된 고형물의 적어도 일부를 여과하거나, 그렇지 않을 경우 제거하기 위해 분리 장치(220 및 230)의 업스트림에 사용될 수 있다. 처리하려는 물에 동반된 하나 이상의 현탁된 고형물의 농도를 감소시키기 위해 사용될 수 있는 전처리 유닛 작동장치의 비제한적 예로는 마이크로필터, 침전기(settler), 및 코스(course) 입자 필터가 포함된다.
추가로, 하나 이상의 유닛 작동장치는 하나 이상의 처리된 물 스트림을 추가로 처리하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 층(bed)은 분배 시스템(224 및 234)에서 하나 이상의 처리된 스트림으로부터 하나 이상의 화학종을 추가로 제거할 수 있다. 붕소, 셀레나이트, 및 비소와 같은, 그러나 이로 제한되는 것은 아닌 약하게 이온화되거나 이온화가능한 화학종의 적어도 일부를 제거하는 데 사용될 수 있는 이러한 유닛 작동장치의 비제한적 예로는, 이온 교환 칼럼이 포함된다.
본 발명의 하나 이상의 처리수 스트림의 후처리를 용이하게 하는 추가의 유닛 작동장치로는 하나 이상의 요망되는 화학종의 농도 또는 물 스트림의 특징을 부가하거나 그렇지 않을 경우 조절하는 것들이 포함된다. 후처리 작동장치는 하나 이상의 폐스트림이 환경에 방출하기에 적합하도록 하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 또 다른 처리되거나 비처리된 물 스트림, 소독제, 영양제, 및/또는 이러한 하나 이상의 공급원으로부터의 요망되는 염의 혼입을 용이하게 하는 혼합기가 본 발명의 하나 이상의 분리 장치의 다운스트림에 배치될 수 있다. 본 발명의 몇몇 구체예에 따르면, 염의 하나 이상의 공급원이 배치되어 처리된 물 스트림에 도입될 수 있다. 예를 들어, 분리 장치가 처리하려는 물 스트림으로부터 2가 또는 다른 비일가 화학종의 농도를 선택적으로 제거하거나 감소시키는 본 발명의 처리 또는 관개 시스템에 사용될 수 있다. 이러한 선택적 장치는 일반적으로 적어도, 표적 또는 요망되는 조건으로 물 스트림 또는 바디를 제공하도록 하나 이상의 특징을 조절하기 위해 처리된 스트림에 도입될 수 있는 비교적 높은 농도의 비일가 화학종을 갖는 생성 스트림을 제공할 것이다. 유리한 화학종이 풍부한 스트림을 유리하게 제공하는 시스템 및 기술의 예로는, 그 내용이 본원에 참고로 포함되는 계류중인 미국 출원 시리얼 넘버 11/474,299(발명의 명칭: "Electrically-Driven Separation Apparatus")에서 기재된 것들이 포함된다. 그러나, 몇몇 경우에, 예를 들어, 칼슘 및/또는 마그네슘 염의 하나 이상의, 다르게는 연결되지 않거나 별도의 공급원이 사용 전에 처리된 물 스트림의 하나 이상의 특징을 조절하는 데 사용될 수 있다. 추가로, 물 스트림의 하나 이상의 내재적 및/또는 외재적 특성이 추가로 조절될 수 있다. 예를 들어, 물 스트림은 그 온도를 조절하기 위해 냉각되거나 가열될 수 있다. 물 스트림 또는 바디의 pH는 요망되는 pH 값을 달성하기 위해 예를 들어, 하나 이상의 산 또는 염기를 첨가함으로써 조절될 수 있다. 요망되는 특성 또는 특징은 예를 들어, 관개하려는 토양의 pH, 관개하려는 작물의 내염성, 및 몇몇 경우에, 토양의 수분 함량을 포함하는 다수의 인자에 의존할 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 특징은 하나 이상의 요망되는 복합 특징을 달성하는 것과 관련된 추가의 능력을 제공한다.
하나 이상의 특성 또는 특징의 추가 조절이 사용 전 또는 사용지점으로의 도입 전, 또는 하나 이상의 저장소에서의 처리수의 저장 동안에 분리 장치에서 처리한 후에 수행될 수 있다.
그러나, 본 발명의 몇몇 양태는 제 1 또는 처리된 생성 스트리 및/또는 분리 장치에 도입된 스트림에 대해 높은 농도의 하나 이상의 용존 화학종을 함유하는 이러한 부차적인 스트림의 유리하거나 경제적으로 관심을 끄는 특성을 고려한다. 예를 들어, 부차적인 생성 스트림은 다량의 용존 고형물을 함유할 수 있으며, 높은 농도의 요망되는 화학종을 지닌 생성 스트림을 적어도 제공하거나 부가 생성물을 얻도록 추가로 처리될 수 있는 공급 스트림으로서 제공될 수 있다.
본 발명의 몇몇 시스템 및 기술에 사용되는 물의 하나 이상의 특징은 농업용 물에 대한 적합성을 표시할 수 있다. 예를 들어, 물의 하나 이상의 특징이 총 용존 염 또는 고형물 함량과 같이 염도, 및/또는 전기적 전도성, 및 임의의 알칼리도, 철 함량 및 물의 pH와 함께 표현될 수 있다. 몇몇 경우에, 물의 염도 수준은 적어도 부분적으로 처리된 물에 의해 관개하려는 작물의 타입과 관련하여 고려되는 경우에 선택적 파라미터가 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 양태에 따르면, 물의 염도는 본 발명의 시스템의 하나 이상의 작동 파라미터를 조절하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 시스템 및 기술의 다른 구체예에서, 특징 값은 토양을 입단시키거나 물흡수성이게 하는 경향이 있는 화학종의 농도에 대한 토양을 수투과성이게 하는 경향이 있는 화학종의 농도의 비로서 표현될 수 있다.
본 발명의 몇몇 양태에 따르면, 특징 값은 관개용, 인간 소비용 및/또는 가축 또는 가금 사용을 위한 물의 적합성을 표시할 수 있다. 몇몇 구체예에서, 물 스트림 또는 바디의 특징 값은 수중 2가 화학종의 농도에 대한 일가 화학종의 농도의 비로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 특징 값은 나트륨 흡착비 또는 교환가능한 나트륨 백분율로서 적어도 부분적으로 표현될 수 있다. 바람직하게는, 물 스트림 또는 바디의 SAR 값은 소정 타입 또는 종류의 작물을 관개하는 데 적합할 수 있는 지에 대해 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 양태에 따르면, 이들의 몇몇 구체예는 사용지점의 하나 이상의 요건으로부터 적어도 부분적으로 유래된 요망된 특징 값에 대해 적어도 부분적으로 근거하여 하나 이상의 작동 파라미터를 제어하는 것을 포함할 수 있는 시스템 및 기술에 관련된다. 사용지점이 예를 들어, 관개하려는 작물인 경우, 요망되는 특징 값은 토양의 하나 이상의 특성 또는 특징 및/또는 작물의 내염성에 근거할 수 있다.
나트륨 흡착비의 값은 일반적으로 하기 화학식(1)에 따라 결정될 수 있다:
Figure 112009002007305-PCT00002
상기 식에서, [Na]는 수 중의 나트륨 종의 농도(mol/m3)이고, [Ca]는 수 중의 칼슘 종의 농도(mol/m3)이고, [Mg]는 수 중의 마그네슘 종의 농도(mol/m3)이다. 물의 다른 특징 값은 단독으로, 또는 다른 특징 값과 함께 이용될 수 있다. 따라서, 몇몇 경우에, 의도된 용도에 대해 수질 또는 적합성을 표시할 수 있는 물의 특징 값은 수중 총 용존 고형물 농도, pH, 및/또는 하나 이상의 독성 또는 유해 화학종의 농도를 포함한다.
예를 들어 관개수의 SAR 값의 조절은 물 시스템의 하나 이상의 작동 파라미터를 조절함으로써 영향받을 수 있다. 예를 들어, 여러 관련된 SAR 값을 갖는 처리수의 상대적 비는 요망되는 SAR 값을 갖는 생성수의 복합물 또는 블렌딩 혼합물을 공급하여 조절될 수 있다. 하나 이상의 분리 장치 또는 체류 또는 처리 기간 증대를 통한 물 스트림의 유량 감소를 포함하는 그 밖의 기술이 요망되는 SAR 값을 달성하는 것을 보조할 수 있다. 이러한 기술 이외에 또는 이와 함께, 예를 들어, 전기 구동식 또는 압력 구동식 분리 장치를 통해 인가되는 전위 수준이 하나 이상의 요망되는 특징을 갖는 처리수를 제공할 수 있다.
본 발명의 시스템의 처리수 생성물은 해수 및/또는 염분이 있는 물을 담수화하여 임의의 토양 투과성 및/또는 침투성 문제를 피하거나 그 정도를 감소시키는 관개수를 제공할 수 있다.
처리하려는 물의 하나 이상의 특징 값은 수중 함유된 화학종들 간의 상대적 상관관계일 수 있다. 예를 들어, 특징 값은 용존 칼슘에 대한 용존 나트륨 종의 비일 수 있다. 약 3:1 이하의 바람직한 요망되는 나트륨 대 칼슘 비는 토양 확산 및 플러깅 및 토양 표층 다공 공극 밀폐로 인한 물 침투성 문제의 가능성을 피하거나 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 몇몇 구체예는 관개수 중의 일가 나트륨 농도를 선택적으로 감소시킬 수 있으며, 비교적 칼슘이 풍분한 수원이 공급되어 관개 중 임의의 나트륨 확산 현상에 대항할 수 있다.
생성된 물은 약 2 내지 약 8 범위의 SAR 값을 가질 수 있다. 그러나, 표적 또는 요망되는 SAR 값은 농업 시설의 하나 이상의 인자에 의존할 수 있다. 예를 들어, 표적 SAR 값은 시설내 재배되는 작물의 타입, 시설내 하나 이상의 작물의 성장 단계, 및 토양의 물 침투성, 소디시티(sodicity), 및/또는 알칼리도를 포함하는 토양 조건에 의존한다. 관개수의 하나 이상의 목표로 하는 특징을 제공하기 위해 사용될 수 있는 특정 가이드라인은 국제연합식량농업기구(FAO)에 의해 제공된 것들이 포함된다. 예를 들어, SAR 값에 대해 상호관련될 수 있는 변화가능한 나트륨 수준은 관개 용도로 사용되는 물의 요망되는 특징값으로서 제공될 수 있다. 특히, 과일, 견과 및 감귤류와 같은, 그러나 이로 제한되는 것은 아닌 민감한 작물은 일반적으로 약 8이하의 SAR 값을 지닌 관개수를 요하며, 콩류와 같은 그 밖의 민감한 작물은 약 18이하의 SAR 값을 지닌 관개수를 허용할 수 있으며, 클로버, 귀리 및 쌀과 같은 적절하게 저항성이 있는 작물은 약 18 내지 46의 SAR 값을 지닌 관개수를 허용할 수 있으며, 밀, 보리, 토마토, 비트 및 톨휘트그라스(tall wheat grass)와 같은, 그러나 이로 제한되는 것은 아닌 저항성이 있는 작물은 약 46 내지 102 이하의 SAR 값을 갖는 관개수를 허용할 수 있다.
침투성 문제는 일반적으로 관개수가 토양에 유입되지 않아 작물에 이용될 수 없는 경우에 발생한다. 물의 이용성을 감소시키는 염도 문제와 대조적으로, 침투성 문제는 작물 사용을 위해 이용할 수 있는 물의 양을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 물 침투성은 염도가 증가함에 따라 증가할 수 있으며, 칼슘 및 마그네슘에 대한 나트륨 함량을 증가시키거나 염도를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 또한, 약 0.5dS/m 이하의 낮은 염도의 물은 일반적으로 부식성이어서, 가용성 광물 및 칼슘과 같은 염을 표층토에서 침출시키는 경향이 있고, 이는 계속해서 토양 입단 및 구조를 감소시킬 수 있다. 염 함량이 없거나 낮은 염 함량을 갖는 토양은 미세 토양 입자로서 분산되는 경향이 있으며, 이는 공극 공간을 채워서, 토양 표층을 밀폐하여 물 침투율을 감소시킨다. 이러한 토양은 표층 아래로 유입되는 물의 양을 감소시키는 크러스트(crust)를 형성시키는 경향이 있으며, 또한 작물 출현을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 몇몇 구체예에서, 요망되는 수질은 추가로 관개수의 염도에 근거할 수 있다. 예를 들어, 문헌(Ayers, R.S. and Westcot, D.W., "Water Quality for Agriculture" FAO Irrigation and Drainage Paper 29 rev. 1, Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1989, 1994)에 근거하고, 침투에 대한 SAR, 및 TDS에 의해 표현되는 염도의 영향을 보여주는 도 4는 침투성 문제를 감소시키거나 피하는 관개수의 바람직한 염도 수준 및 SAR 값을 함께 제공할 수 있다. 도 4에서, 해수 특성은 상기 참조문헌으로부터의 전기 전도도로부터 TDS 농도 값을 유도하는 데 사용되었다. 특히, 20℃에서 해수의 염도와 전기 전도도, 그리고 밀도와 염도 간의 상관관계는 공개된 물성에 근거하여 결정되었다. 이후, 이러한 상관관계는 상기 기재된 문헌으로부터 해수의 전기 전도도 값을 상응하는 TDS 농도로 전환시키고, 이후, 이를 상응하는 SAR 값에 대해 매핑(mapping)하여 도 4에 제공된 침투성 가이드라인을 얻는 데 사용되었다.
또한, 본 발명의 추가의 구체예는 약 8 이하의 SAR 값을 가지면서, 약 1,500pmm 이상의 TDS 수준을 갖는 것과 같은 복합적인 특징 값을 갖는 경우에 적합한 관개수를 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 구체예는 열구동식 및 압력 구동식 공정에 근거한 것들과 같은 비선택적 담수화 기술과 대비되는 바람직하지 않은 화학종을 선택적으로 제거하는 담수화 시스템 및 기술을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 몇몇 시스템 및 기술은 바람직한 화학종의 추가 첨가를 요하지 않고 생성된 물 스트림을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 보충 화학종을 첨가함으로써 추가로 특징 값을 조절하는 것을 포함하지 않는 관개수를 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 추가의 특징 및 양태를 도시한 것이다. 예시적으로 도시된 처리 시스템(300)은 제 1 분리 장치(304) 및 제 2 분리 장치(306)를 포함할 수 있다. 분리 장치(304 및 306)는 일반적으로 하나 이상의 수원(302)으로부터의 유체를 처리한다. 수원(302)으로부터 처리하려는 물은 높거나 허용되지 않는 수준의 용존 화학종을 함유한다. 따라서, 하나 이상의 분리 장치는 물로부터 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종의 농도를 적어도 부분적으로 제거하거나 감소시키는 데 사용될 수 있다. 예시적으로 도시된 바와 같이, 분리 장치(304)로부터 처리된 물은 하나 이상의 혼합 작동장치 또는 혼합기(308)에서 분리 장치(306)으로부터 처리된 물과 합쳐져서 요망되는 특성 및/또는 특징을 갖는 처리된 물 스트림을 사용 지점(314)에 제공한다. 본 발명의 몇몇 구체예에 따르면, 처리된 물은 하나 이상의 사용 지점(314)에서 적정수 및/또는 목욕물로서 사용되기에 적합하도록 제공될 수 있다.
제 1 분리 장치(304)는 전기 구동식 장치 또는 압력 구동식 장치일 수 있다. 유사하게, 제 2 분리 장치(306)도 전기 구동식 분리 장치 또는 압력 구동식 분리 장치일 수 있다. 본 발명의 몇몇 양태에 따르면, 분리 장치(304)는 수원(302)으로부터 처리하려는 물 중 다수의 바람직하지 않은 화학종의 적어도 일부를 제거한다. 몇몇 경우에, 제 1 분리 장치는 처리하려는 물로부터 다수의 바람직하지 않은 화학종의 적어도 일부를 무차별적으로 제거할 수 있다. 예를 들어, 제 1 분리 장치는 RO 및 NF에 근거한 기술을 사용하여 일반적으로 우선적이거나 선택적이지 않고 임의의 바람직하지 않은 화학종의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 압력 구동식 분리 장치로부터 형성된 처리된 물 스트림은 바람직하게는 적정수 수질 요건을 초과한다.
제 2 분리 장치는 처리하려는 물 스트림으로부터 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종을 제거할 수 있다. 몇몇 경우에, 상기 분리 장치는 물로부터 하나 이상의 바람직하지 않은 화합물을 적어도 일부 제거하여 생성된 물 스트림을 생성한다. 제 2 분리 장치로부터 생성된 물 스트림이 적정수 수질 요건에 부합하거나 초과하지 못할 경우, 적정수 수질 요건을 초과하는 제 1 분리 장치로부터의 처리수 일부가 이와 혼합되거나 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, 제 1 분리 장치가 약 250mg/L의 TDS 수준을 갖는 생성수를 제공하고, 제 2 분리 장치가 약 1000mg/L의 TDS 수준을 갖는 생성수를 제공하는 경우, 생성된 물 스트림은 약 2:1의 부피 비로 합쳐져서 약 500mg/l의 TDS 수준을 갖는 블렌딩된 생성물을 생성할 수 있다. 표적 수준은 세계건강기구에 의해 권장되는 하나 이상의 가이드라인에 부합하거나 초과하는 농도일 수 있다. 또한, 다른 물 스트림이 본 발명의 분리 장치의 하나 이상의 생성물 스트림과 블렌딩되어 일반적으로 정부 규제 기관에 의해 정해진 가이드라인 또는 요건에 부합하거나 초과하는 음용수 및/또는 목욕물을 제공할 수 있다.
일반적으로 제 1 처리된 생성물 스트림으로부터 제거된 비교적 높은 수준의 화학종을 함유하는 제 1 분리 장치로부터의 하나 이상의 리젝트 스트림은 배수되거나, 하나 이상의 보조 사용지점(310 및/또는 312)로 유도되거나, 수원(302)으로 반송된다. 본 발명의 추가의 구체예는 리젝트 물 스트림을 도관(322)를 통해 수원(302)로부터의 물과 배합하여 제 2 분리 장치에서 처리하도록 하는 것이 고려된다. 제 2 분리 장치로부터의 부차적인 또는 리젝트 물 스트림은 또한 배수되거나, 하나 이상의 보조 사용지점(310 및/또는 312)으로 유도되거나, 도관(316)을 통해 도시된 바와 같이 수원(302)으로 반송된다.
상기 기재된 바와 같이 보조 시스템은 후처리 작동장치에서 본 발명의 시스템 및 기술에 이용될 수 있다. 예를 들어, 조사하거나 산화하거나, 그렇지 않을 경우 수중 미생물 활성을 감소시키는 것들과 같은 하나 이상의 소독 시스템이 물을 추가로 처리하기 위해 배치될 수 있다. 또한, 하나 이상의 저장 시스템이 상기에서 논의된 바와 같이 사용될 수 있다.
본 발명의 몇몇 특징은 상기 논의된 바와 같은 선택적 막을 사용하여 전기 구동식 분리 장치를 포함하는 시스템 및 기술을 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어 TDS 함량으로 표시된 바와 같이 처리수의 수질은 사용된 막의 선택성에 의해 영향받을 수 있다. 도 8a 및 8b는 본 발명의 몇몇 양태에 따른 선택적 분리 장치의 능력을 보여준다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 요망되는 특징 셋(set)을 갖는 물이 전기 구동식 분리 장치를 사용함으로써 작물 관개용으로 생성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 구체예에서, 전기 구동식 분리 장치는 해수 및/또는 염분이 있는 물과 같은 물을 처리하는 것을 돕는 일가 선택성 막을 이용하여 농업 시설에서 관개용으로 적합한 물을 제공한다. 대조적으로, 역삼투 장치, 증류 장치 뿐만 아니라 나노여과를 포함하는 것들과 같은 비선택적 기술 또는 심지어 비일가 선택적 기술은 목표로 하는 특징에 부합하는 처리수를 융통성있게 제공할 수 없다. 도 8b는 특히 일가 선택성 막을 포함하는 전기 구동식 분리 장치가 약 2,500ppm 이상 또는 심지어 3,000ppm에 대해 허용되는 나트륨 흡착비 특징을 갖는 처리수를 제공할 수 있음을 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 몇몇 양태는 덜 바람직하지 않은 화학종을 유지하면서 요망되지 않는 화학종을 제거하고자 하는 시스템 및 기술을 제공할 수 있다.
추가로, 본 발명의 몇몇 구체예는 일가 화학종을 선택적으로 제거할 수 있기 때문에, 임의의 형성된 부차적인 또는 농축된 스트림이 스케일링(scaling) 및 오염에 덜 민감할 수 있다. 이러한 특징은 임의의 부차적인 스트림의 용량이 바람직하지 않은 침전이 없거나 덜 하여 효과적으로 감소될 수 있기 때문에, 본 발명의 몇몇 분리 구체예를 비선택적 기술에 비해 보다 높은 물 회수율로 작동하게 한다. 따라서, 일가 화학종을 선택적으로 분리시키는 시스템 및 기술을 사용하는 것과 관련된 본 발명의 몇몇 구체예는 비선택적 ED 및 증류에 근거한 분리 장치에 비해 보다 높은 회수율로 작동될 수 있으며, RO 및 NF에 근거한 분리 장치에 비해서도 훨씬 더 높은 회수율로 작동될 수 있다. 중요하게는, RO 및 NF에 근거한 분리 장치는 비일가 화학종의 농도를 선택적으로 감소시키기 때문에, 이러한 공정은 낮은 SAR 값을 갖는 처리수를 효과적으로 제공할 수 없다.
본 발명의 선택적 분리 시스템 및 기술의 추가의 이점은 작물 성장에 영향을 전혀 미치지 않거나 거의 미치지 않는 비이온화된 화학종을 감소시키거나 제거하는 것을 포함한다. 예를 들어, 실리카는 일반적으로 본 발명의 ED에 근거한 시스템에서 우선적으로 제거되지 않으며, 이에 따라 RO 및 증류 장치에서 실리카 함유 물을 처리하는 경우 일반적으로 발생하는 부차적인 스트림에서의 임의의 스케일링 또는 오염 문제를 피한다. 또한, 본 발명의 몇몇 구체예의 부차적인 스트림은 일반적으로 스케일링 경향이 감소되어 있기 때문에, 본 발명의 분리 시스템 및 기술의 회수율은 RO 및 증류에 근거한 시스템의 회수율보다 크다.
본 발명의 시스템의 제어기(106)는 하나 이상의 컴퓨터 시스템을 사용하여 실행될 수 있다. 이러한 컴퓨터 시스템은 예를 들어, 인텔 펜티엄(PENTIUM)® 타입 프로세서, 모토롤라 파워PC(PowerPC)® 프로세서, 썬(Sun) 울트라스파크(UltraSPARC)® 프로세서, 휴렛-팩커드 PA-RISC® 프로세서, 또는 임의의 다른 타입의 프로세서, 또는 이들의 조합에 근거한 것들과 같은 일반용 컴퓨터일 수 있다. 컴퓨터 시스템은 특별히 프로그래밍된 특수한 용도의 하드웨어, 예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 수처리 시스템을 위한 제어기를 사용하여 실행될 수 있다.
상기 컴퓨터 시스템은 일반적으로, 예를 들어, 하나 이상의 디스크 드라이브 메모리, 플래시 메모리 디바이스, RAM 메모리 디바이스, 또는 데이타를 저장하기 위한 또 다른 디바이스를 포함할 수 있는, 하나 이상의 메모리 디바이스에 연결된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리 구성요소 또는 서브시스템은 일반적으로 시스템(100) 및/또는 컴퓨터 시스템의 작동 동안에 프로그램 및 데이타를 저장하기 위해 사용된다. 예를 들어, 메모리 구성요소는 소정 기간 동안 파라미터와 관련된 이력 데이타 뿐만 아니라 작동 데이타를 저장하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 구체예를 실행하는 프로그래밍 코드를 포함하는 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능(readable) 및/또는 기록가능 비소멸성 기록 매체에 저장된 후, 일반적으로 메모리 서브시스템에 복사되고, 이후 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 이러한 프로그래밍 코드는 다수의 프로그래밍 언어, 예를 들어, 자바(Java), 비쥬얼 베이직(Visual Basic), C, C#, 또는 C++, 포트란(Fortran), 파스칼(Pascal), 에펠(Eiffel), 베이직(Basic) 또는 임의의 이들의 다양한 조합 중 어느 하나로 기입될 수 있다.
컴퓨터 시스템의 구성요소는 상호접속 메카니즘에 의해 커플링될 수 있으며, 이러한 메카니즘은 분리된 별개의 디바이스 상에 있는 구성 요소들 간의 소통 또는 상호작용을 제공하는 동일 디바이스 및/또는 네트워크 내에서 통합되는 구성요소 간의 소통을 제공하는 하나 이상의 버스(busses)를 포함할 수 있다. 상호접속 메카니즘은 일반적으로 시스템의 구성요소 간에 변경되어야 하는 데이타 및 지시를 포함하나 이로 제한되는 것은 아닌 소통을 가능하게 한다.
또한, 컴퓨터 시스템은 예를 들어, 키보드, 마우스, 트랙볼(trackball), 마이크로폰, 터치 스크린과 같은 하나 이상의 입력 장치, 및 예를 들어, 프린팅 장치, 디스플레이 스크린 또는 스피커와 같은 하나 이상의 출력 장치를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템은 시스템의 하나 이상의 구성요소에 의해 형성될 수 있는 네트워크 이외에 또는 대안으로서 컴퓨터 시스템을 접속 네트워크에 연결시킬 수 있는 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 하나 이상의 입력 장치는 파라미터를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 다르게는, 이러한 센서, 계량 밸브 및/또는 펌프, 또는 이들 구성요소 전부는 컴퓨터 시스템에 작동적으로 커플링되는 접속 네트워크에 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서(108)는 제어기(106), 계량 밸브, 펌프에 직접 연결되는 입력 장치로서 구성될 수 있으며, 장치의 구성 요소(102)는 제어기(108)에 연결되는 출력 장치로서 구성될 수 있다. 이러한 하나 이상의 서브구성요소 또는 서브 시스템은 통신 네트워크 상에서 컴퓨터 시스템과 소통되도록 다른 컴퓨터 시스템 또는 구성요소와 커플링될 수 있다. 이러한 구성은 어느 한 센서가 다른 센서와 상당한 거리 두고 위치되도록 허용하거나, 임의의 센서가 임의의 서브시스템 및/또는 제어기로부터 상당한 거리를 두고 위치되도록 하면서, 여전히 이들 사이에 데이타를 제공한다.
제어기는 프로그램이 하나 이상의 프로세서에 의해 수행되도록 규정하는 신호가 저장될 수 있는 판독가능 및/또는 기록가능 비소멸성 기록 매체와 같은 하나 이상의 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 매체는 디스크 또는 플래시 메모리일 수 있다. 일반적인 작동에서, 프로세서는 본 발명의 하나 이상의 구체예를 실행하는 코드와 같은 데이타가 저장 매체로부터 메모리로 판독되게 할 수 있으며, 이러한 메모리는 매체 보다 하나 이상의 프로세서에 의해 정보에 보다 빠르게 접근하도록 한다. 메모리는 일반적으로 DRAM(dynamic random access memory) 또는 SRAM(static memory)와 같은 소멸성의 RAM(random access memory), 또는 하나 이상의 프로세서에, 그리고 이로부터 정보 전달을 용이하게 하는 다른 적합한 장치이다.
제어 시스템이 본 발명의 여러 양태가 실시될 수 있는 어느 한 타입의 컴퓨터 시스템으로서 예를 들어 기술되지만, 본 발명이 소프트웨어로 이행되는 것이나, 또는 예시적으로 도시된 바와 같은 컴퓨터 시스템으로 이행되는 것으로 제한되지 않아야 하는 것으로 인지되어야 한다. 사실상, 예를 들어, 일반적 용도의 컴퓨터 시스템에 대해 이행되기 보다는, 제어기 또는 이의 구성요소 또는 서브섹션이 대안으로서 지정된 시스템으로서 또는 지정된 PLC(programmable logic controller)로서 또는 분포된 제어 시스템에서 이행될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 특징 또는 양태는 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어(firmware), 또는 이들의 임의의 조합으로 실행될 수 있는 것으로 인지되어야 한다. 예를 들어, 제어기(106)에 의해 수행될 수 있는 하나 이상의 알고리즘 세그먼트가 별개의 컴퓨터로 수행될 수 있으며, 계속해서 하나 이상의 네트워크를 통해 소통될 수 있다.
예시적으로 도시된 여러 구체예가 센서를 사용하는 것으로서 기술되어 있지만, 본 발명은 이로서 제한되지 않는 것으로 인지되어야 한다. 본 발명은 하나 이상의 시스템, 서브시스템 또는 구성요소를 개량하여 본 발명의 기술을 이행하기 위해 현존 시설을 변경하는 것을 고려한다. 따라서, 예를 들어, 현존 시설, 특히 농업 또는 작물 재배 설비는 본원에서 예시적으로 논의된 임의의 하나 이상의 구체예에 따라 관개수, 적정수, 또는 이둘 모두를 공급하도록 구성된 하나 이상의 시스템을 포함하도록 변경될 수 있다. 다르게는, 현존 시스템 및/또는 이의 구성요소 또는 서브시스템은 본 발명의 임의의 하나 이상의 작업을 수행하도록 변형될 수 있다.
이러한 기능 및 이점 및 본 발명의 다른 구체예는 하기 실시예로부터 추가로 이해될 수 있으며, 실시예는 본 발명의 하나 이상의 시스템 및 기술의 이점 및/또는 유리한 점을 예시하는 것이나, 본 발명의 완전한 범위를 예시하는 것은 아니다.
실시예 1
본 실시예는 처리하려는 스트림으로부터 일가 양이온을 선택적으로 제거하여 보다 낮은 SAR 값을 갖는 처리수를 생성하는 데 이용되는 경우, ED 장치의 예상 성능을 기술한 것이다.
도 5는 상이한 선택도 수준을 갖는 여러 일가 선택성 막을 사용한 처리수의 SAR 값을 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 허용되거나 요망되는 SAR 값이 약 6 이하인 경우, 약 5의 선택도를 갖는 일가 선택성 막에 의해 약 3,500ppm의 TDS 수준이 달성될 수 있다. 또한, 허용되거나 요망되는 SAR 값이 약 3 이하인 경우, 약 10의 선택도를 갖는 일가 선택성 막에 의해 약 2,700ppm의 TDS 수준이 달성될 수 있다.
ED 장치에 대해 예상된 필요 에너지는 RO 장치를 사용하는 예상된 필요 에너지에 비해 적다. 또한, 본 발명의 전기 구동식 분리 장치에서 물을 처리하는 데 요구되는 예상 에너지는 처리하려는 물의 염도에 의해 선형으로 영향받는 것으로 예상된다. 본 발명의 몇몇 구체예에서, 공급 스트림의 온도는 전기 구동식 분리 장치에서 경제적인 분리를 용이하게 하는 데 요구되는 에너지를 감소시키도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 약 1,500ppm의 생성물 TDS 수준 및 약 50%의 회수율을 제공하기 위해 해수를 포함하는 공급 스트림의 온도를 약 25℃ 씩 증가시키는 것이 ED 모듈에서 약 6%의 에너지 감소를 예상할 수 있다.
실시예 2
본 실시예는 실질적으로 도 1의 개략도에서 도시된 것과 같은 본 발명의 기술을 사용하는 시스템의 성능을 기술하고 있으나, 제어기가 시스템의 작동 파라미터를 조절하는 데 사용되지 않은 점이 다르다.
ED 스택(stack)은 10개의 효과적인 농축 및 희석 구획의 셀 쌍, 즉 하향 흐름 경로에 5개의 셀 쌍과 상향 흐름 경로에 5개의 셀 쌍으로 이루어져서, 약 28인치의 전체 유체 스트림 공정 흐름 경로를 제공한다. 셀 쌍으로는 양이온 선택성 막, 도쿠야마 코포레이션으로부터의 나트륨 양이온을 우선적으로 제거하기 위한 CMS 일가 선택성 균질막, 및 음이온 선택성 막을 위한 이종 이온 교환막(이온퓨 어(IONPURE™ 음이온 막, 0.018인치 두께)을 사용하였다. 상기 구획을 적어도 부분적으로 형성시키는 데 두께가 0.020 인치인 스페이서 가스켓(spacer gasket) 및 약 70% 개방 면적 및 0.020 인치 두께의 압출 스크린을 사용하였다. ED 장치를 RuO2 코팅된 티탄 전극을 통해 셀 쌍당 약 2volt의 전위를 인가하여 작동시켰다.
공급수는 탈이온수 중에 스펙트럼 브랜즈 인코포레이티드(Spectrum Brands Inc.,)로부터 입수할 수 있는 인스턴트 오션(Instant Ocean)® 인공 해수 염 혼합물을 용해시킴으로써 제조하였다. 염화나트륨을 필요에 따라 첨가하여 해수의 소정의 SAR (약 54)을 갖는 공급 용액을 제공하였다.
모듈을 희석된 스트림 및 농축 스트림 둘 모두가 공급 탱스에 반송되는 일방향(once-through) 모드로 작동하였다. 전극 챔버는 희석 구획으로서 구성되어 별도로 공급되었다. 공급 및 생성 스트림 중의 칼슘 및 마그네슘 종의 농도를 표준 적정 방법에 의해 측정하였다. TDS 수준을 측정된 전도도에 근거하여 계산하였다. 또한, 나트륨 농도를 계산하였다.
표 1 및 2는 각각 유입구 및 생성물 물 스트림 특징으로 나타낸다. 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 기술은 하나 이상의 요망되는 특징을 갖는 생성물 물 스트림을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 시스템 및 기술은 요망되는 SAR 값을 갖는 물을 공급하기 위해 일가 화학종의 농도를 선택적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 표에 제시된 데이타는, 두개 이상의 전기 구동식 분리 장치의 커플링 이 요망되는 SAR 값을 갖는 처리수를 제공할 수 있음을 나타낸다. 즉, 제 1 전기 구동식 분리 장치는 물 스트림의 SAR 값을 낮추어 중간 SAR 값을 갖는 중간 생성 물 스트림을 제공할 수 있다. 중간 생성물 스트림은 계속해서 제 2 전기 구동식 분리 장치에 도입되어 요망되는 SAR 값을 갖는 처리수를 제공할 수 있다. 특히 도 6은 TDS 수준 및 SAR 값이 일가 선택성 막을 갖는 ED 장치를 상기 구성에 근거하여 약 3 단계로 사용함으로써 요망되는 수준으로 감소될 수 있음을 보여준다. 다른 구성은 하나 이상의 요망된 물 특징을 달성하기 위해 보다 많거나 적은 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이타는 추가로, 여러 파라미터가 생성된 물 중에 SAR 값을 맞추도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 공정 유량은 목표로 하는 SAR 값을 달성하기 위해 증가되거나 감소될 수 있다. 대안으로, 또는 유량을 조절하는 것과 함께, 인가 전위 및/또는 전체 경로 길이가 본 발명의 하나 이상의 양태에서 조절가능한 작동 파라미터로서 사용될 수 있다.
표 1. 공급 스트림 특징
Figure 112009002007305-PCT00003
표 2. 생성물 스트림 특징
Figure 112009002007305-PCT00004
실시예 3
본 실시예는 전기 구동식 분리 장치의 성능을 열구동식 및 압력 구동식 분리 장치의 성능과 비교한 것이다.
사용된 ED 모듈은, 폴딩된(folded) 흐름 경로에 10개의 셀쌍을 가져, 흐름이 5개 셀 쌍의 희석 및 농축 구획을 통과한 후, 전환하여 또 다른 5개의 셀 쌍을 통과하였다. 상기 모듈에서 각각의 셀은 스크린 및 두께가 0.020 인치인 스페이서로 구성되었다. 셀은 14인치 곱하기 1.2 인치였다. 사용된 일가 양이온 선택성 막은 도쿠야마 소다 코포레이션(Tokuyama Soda Corporation)으로부터의 CMS 막이었다. 사용된 음이온 선택성 막은 이온퓨어™ 이종 막이었다. ED 모듈은 백금 코팅된 티탄 플레이트를 사용하였다. 인가 전위 및 전류, 유량 및 공급물 조성은 효과적인 선택도의 여러 조건을 얻기 위해 변화되었다.
표 3 및 4는 공급 및 생성물 물 스트림 특성을 기재한 것이다. 도 7은 ED 모듈에서 사용된 막을 선택도에 대한 처리수의 TDS 수준의 영향을 도시한 그래프이다. 공급 및 생성물 스트림의 TDS 함량 뿐만 아니라, 나트륨, 칼슘 및 마그네슘의 농도를 분석하였다. 이러한 측정된 값을 사용하여 하기 식(20)에 따른 유효 선택 도를 계산하였다:
Figure 112009002007305-PCT00005
상기 식에서, ν는 이온 화학종(i)의 몰농도이고, Δν는 이온 화학종(i)의 몰농도의 변화치이다.
표 3. 공급 스트림 특징.
Figure 112009002007305-PCT00006
표 4 생성 스트림 특징 및 계산된 선택도.
Figure 112009002007305-PCT00007
표 3 및 4에서의 데이타 뿐만 아니라 도 7은, 공급수의 TDS 함량이 감소함에 따라 양이온 선택성 막의 선택도 또한 감소한다는 것을 보여준다. TDS에 대한 선택도의 상관관계는 하기 식(3)을 따른다.
선택도 = 0.5905 + (5 x 10-5)(TDS)
이후, 이러한 선택도/TDS 관계는 다른 비선택적 기술인 역삼투, 증류 및 나노여과에 비교하여, 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같은 복합 특징에 있어서 본 발명에 따른 전기 구동식 분리 장치의 능력을 특징화하는 데 사용된다.
해수 중 약 96%의 일가 양이온 화학종은 나트륨이고 약 4%가 칼륨인 것으로 가정된다. 또한, 모든 양이온 화학종은 TDS 함량의 약 37%를 구성하는 것으로 가정되어, TDS에서의 변화는 하기 식(4)에 따라 결정될 수 있다:
Figure 112009002007305-PCT00008
이가 화학종인 칼슘 및 마그네슘은 전기 구동식 분리 장치에서 제거되는 경우, 유사하게 거동하는 것으로 가정되어, 하기 식이 사용될 수 있다:
Figure 112009002007305-PCT00009
식 (2), (3) 및 (4)를 이용하는 가정은 TDS 수준과 비교하여 생성된 물 SAR 값을 예상하는 데 사용되었다. 결과가 도 8a 및 8b에 제시되며, 도 8b는 도 8a를 확장된 부분을 나타낸다. 몇몇 작물에 대한 바람직한 특징 범위를 규정하는 오버레이(overlay)를 포함하는 도 8b는, 본 발명의 분리 기술이 목표로 하는 특징 셋의 한계를 만족시키거나 걸쳐있는 다수의 실제 생성물 스트림을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 분리 시스템 및 기술은 비선택적 대안으로부터 직접적으로 달성될 수 없는 중간형 및/또는 맞춤형 특징을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 비교를 위해, 처리수의 중간 특징은 실제 형성되는 생성물과 비례량의 미가공 또는 비처리 해수의 가정된 블렌드를 어림잡아 접근하였다. 예를 들어, 증류수 생성물에 대한 SAR/TDS 관계의 특성을 추산하기 위해서, 공급 해수를 실제 증류수와 혼합하여 중간 생성물의 특징 값을 예상한다. 이러한 실시가 일반적으로 사용되는 것은 아니지만, 실제 데이타를 연결하는 점선(dashed line)에 의해 주지되는 바와 같이 도시된 예상된 중간 특징은 선택적 분리 시스템에 대한 비교를 제공하기 위해 제시된 것이다. 역삼투 및 나노여과 시스템에 대한 SAR/TDS 관계의 특성은 유사하게 이론적으로 블렌딩된 생성물의 특성을 추산함으로써 접근하였다. 따라서, 각각의 별개 의 비맞춤식 기술에 대해, 실제 포인트를 연결하는 점선은 가설적으로 달성될 수 있는 맞춤형 생성물을 나타내고, 실제 데이타 값을 연결하는 실선은 달성가능한 맞춤형 생성물을 나타낸다.
실제 증류수 특성은 문헌(U.S. Dept. of Interior, Bureau of Reclamation, Denver Office, "Water Treatment Technology Program Reprot", no. 7, 1995)로부터 얻어졌다. 비선택적 ED 생성물의 물 특징에 대한 실제 데이타는 문헌(Turek, M., "Cost Effective Electrodialytic Seawater Desalination," Desalination, no. 153, pp. 371-376, 2002)로부터 입수되었다. 나노여과된 생성물의 물 특성에 대한 실제 데이타는 문헌(Tseng, et al., "Optimization of dual-Staged NF Membranes for Seawater Desalination," AWWA 2003 CA-NV An. Fall Conf., 2003)으로부터 입수되었다.
지금껏 본 발명의 몇몇 예시적 구체예를 기술함에 있어서, 당업자들에게는, 상기 기재가 단지 예시적인 것이며, 이로 제한되지 않아야 하는 것이 자명할 것이다. 많은 변형 및 그 밖의 구체예가 당업자들의 이해 범위내에 있는 것이며, 본 범위내에 속하는 것으로 간주된다. 특히, 본원에 제시된 많은 실시예가 방법 작업 또는 시스템 구성 요소의 특정 조합을 포함하고 있지만, 이는 이러한 작업 및 구성요소가 동일한 목적을 달성하기 위해 다른 방식으로 조합될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, ED 및 EDI 장치는 ED 장치가 해수의 TDS 수준을 약 5,000 ppm 내지 약 6,000ppm의 범위로 감소시키고, EDI 장치가 계속해서 TDS 수준을 약 1,500ppm 내지 약 2,000ppm의 범위로 감소시키는, 2 단계 공정으로 조합될 수 있 다.
또한, 하나의 구체예와 관련하여서만 논의된 작업, 구성요소 및 특징은 다른 구체예에서 유사한 역할을 배제하지 않도록 의도된다.
여러 변경, 변형 및 개선점은, 이러한 변경, 변형 및 개선점이 명세서의 일부이고 본 발명의 사상 및 범주내에 있는 것으로 의도됨을 당업자들에게는 용이하게 이해될 수 있다. 예를 들어, 나트륨 흡착비는 대안적인 식(5)에 따라 표현될 수 있다:
Figure 112009002007305-PCT00010
상기 식에서, Na는 수중 나트륨 농도(me/L)이고; Cax는 변형된 칼슘값(me/L)으로서, 물의 염도, HCO3/Ca 비(me/L), 및 토양 표층에서의 추산된 CO2의 분압으로 인한 보충으로 수중의 칼슘 종의 농도를 나타내고; Mg는 수중 마그네슘 종의 농도(me/L)이다.
또한, 본 발명은 본원에 기술된 각각의 특징, 시스템, 서브시스템 또는 기술, 및 본원에 기술된 특징, 시스템, 서브시스템 또는 기술의 두가지 이상의 임의의 조합에 관한 것이며, 이러한 특징, 시스템, 서브시스템 및 기술이 서로 모순되지 않을 경우, 특징, 시스템, 서브시스템 또는 기술의 두가지 이상의 임의의 조합은 청구의 범위에서 구체화된 본 발명의 범위내에 있는 것으로 간주된다.
청구되는 엘리먼트를 수식하는 청구의 범위에서 "제 1", "제 2", "제 3" 등 과 같은 서수적 용어의 사용은 그 자체로 방법의 작동이 수행되는 다른 청구되는 엘리먼트에 대한 어느 한 청구되는 엘리먼트의 우선도, 선호도 또는 순서 중 어느 하나를 내포하는 것은 아니고, 단지 청구되는 엘리먼트를 구분하기 위해 동일 명칭을 갖는 다른 엘리먼트로부터 특정 명칭을 갖는 어느 한 청구되는 엘리먼트(그러나, 서수적 용어로 사용하기 위해)를 구분하는 표지로서 사용된 것이다.
당업자들은 본원에 기술된 파라미터 및 구성이 예시적인 것이며, 실제 파라미터 및/또는 구성은 본 발명의 시스템 및 기술이 사용되는 특정 적용에 의존할 것임을 이해할 것이다. 또한, 당업자들은 과도하지 않은 실험을 사용하여 본 발명의 특정 구체예에 대한 등가물을 인지하거나 확인할 수 있을 것이다. 그러므로, 본원에 기술된 구체예는 단지 예로서 제시된 것이며, 첨부되는 청구의 범위 및 그 등가물의 범주내에서, 본 발명은 구체적으로 기술된 것과 다른 식으로 실시될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
본원에서 사용된 용어 "다수"는 두개 이상의 항목 또는 구성요소를 나타낸다. 상세한 설명 또는 청구의 범위 등 어디에서 사용되든 지 간에, 용어 "포함하는(comprising, including, or involving)", "지니는", "갖는", 및 "함유하는"은 개방형 용어(open-ended terms), 즉, "포함하나, 이로 제한되는 것은 아닌"을 의미한다. 따라서, 이러한 용어의 사용은 용어 다음에 기재된 항목, 및 이의 등가물 및 추가 항목을 포함하는 것으로 의도된다. 전환적 어구(transitinal phrase)인, "이루어진(consisting of)" 및 "필수적으로 이루어진(consisting essentially of)"은 청구의 범위와 관련하여 폐쇄형 또는 반폐쇄형 전환적 어구이다. 추가로, 물, 특히 처리수와 관련한 용어 "적정(potable)"의 사용은 발명의 요지의 범위를 제한하는 것은 아니며, 소비를 포함하는, 가축 용에 적합한 물을 나타낼 수 있다.

Claims (30)

  1. 처리하려는 물을 전기 구동식 분리 장치에 도입하여 나트륨 흡착비(sodium adsorption ratio: SAR) 값이 약 20 이하인 관개수를 제공하는 것을 포함하며, SAR 값이 하기 식에 따라서 결정되는, 관개수를 제공하는 방법:
    Figure 112009002007305-PCT00011
    상기 식에서,
    [Na]는 관개수 중의 나트륨 종의 농도(mol/m3)이고,
    [Ca]는 관개수 중의 칼슘 종의 농도(mol/m3)이고,
    [Mg]는 관개수 중의 마그네슘 종의 농도(mol/m3)이다.
  2. 제 1항에 있어서, 처리하려는 물을 가열시키는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 처리하려는 물이 해수 및 염분이 있는 물 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 관개수의 총 용존 고형물(total dissolved solids: TDS) 함량이 약 3,500ppm 이하인 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 관개수의 칼슘 종의 농도를 조절하는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 관개수의 마그네슘 종의 농도를 조절하는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 관개수 중 임의의 붕소 함유 종의 일부 또는 전부를 제거하는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치가 일가(monovalent) 선택성 막을 포함하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 일가 선택성 막이 일가 양이온 선택성 막인 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 일가 선택성 막이 일가 음이온 선택성 막인 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치가 전기투석기를 포함하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 관개수의 SAR 값이 약 9 이하인 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 관개수의 SAR 값이 약 3 이하인 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 물을 전기 구동식 분리 장치에 도입하는 작업을 수행하기 전에 처리하려는 물로부터 현탁된 미립 물질을 제거하는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 관개수를 이온 교환층에 도입하는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 농업 시설의 일부 또는 전부를 관개수로 관개하는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 해수 및 염분이 있는 물 중 하나 이상을 관개수에 첨가하여 요망되는 SAR 값을 지닌 블렌딩된 관개수를 생성시키는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 농업 시설의 하나 이상의 요건에 근거하여 관개수에 대한 소정의 SAR 값을 달성하기 위해 전기 구동식 분리 장치의 작동 파라미터를 조절하 는 작업을 추가로 포함하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 하나 이상의 요건이 농업 시설의 토양 특징 및 농업 시설에서 재배되는 하나 이상의 작물의 내염성(salt tolerance) 중 하나 이상인 방법.
  20. 처리하려는 수원에 유체식으로 연결된 전기 구동식 분리 장치 및
    전기 구동식 분리 장치에 유체식으로 연결된 관개수 분배 시스템을 포함하는 관개 시스템.
  21. 제 20항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치가 전기투석기를 포함하는 관개 시스템.
  22. 제 20항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치에 유체식으로 연결된 가열기를 추가로 포함하는 관개 시스템.
  23. 제 20항에 있어서, 처리하려는 물이 해수 및 염분이 있는 물 중 하나 이상을 포함하는 관개 시스템.
  24. 제 20항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치와 관개수 분배 시스템 사이에 유체식으로 연결된 마그네슘 염 및 칼슘 염 중 하나 이상의 공급원을 추가로 포함하 는 관개 시스템.
  25. 제 20항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치의 업스트림(upstream)에 배치되는 필터를 추가로 포함하는 관개 시스템.
  26. 제 20항에 있어서, 관개수 분배 시스템의 업스트림에 배치되는 이온교환층을 추가로 포함하는 관개 시스템.
  27. 제 20항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치의 하나 이상의 작동 파라미터를 조절하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하는 관개 시스템.
  28. 제 27항에 있어서, 제어기가 전기 구동식 분리 장치의 하나 이상의 작동 파라미터를 조절하여 요망되는 나트륨 흡착비의 값을 갖는 관개수를 제공하도록 구성되는 관개 시스템.
  29. 제 20항에 있어서, 전기 구동식 분리 장치에 유체식으로 연결된 유입구 및 관개수 분배 시스템에 유체식으로 연결된 배출구를 갖는 혼합기를 추가로 포함하는 관개 시스템.
  30. 제 29항에 있어서, 혼합기가 나트륨 흡착비의 값이 약 20 이상인 수원에 유 체식으로 연결된 유입구를 추가로 포함하는 관개 시스템.
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