KR20090028782A - 전기탈이온화 장치 및 스케일 형성 가능성이 낮은 수처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스케일 형성 가능성이 낮은 전기탈이온화기 및 이러한 전기탈이온화기를 사용하는 수처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전기탈이온화기는 애노드 구획과 캐소드 구획 사이에 배치된 제 1 감손 구획, 감손 구획과 이온 소통되는 농축 구획, 농축 구획과 이온 소통되는 제 2 감손 구획, 및 제 1 감손 구획과, 애노드 구획과 캐소드 구획중 하나 이상 사이에 배치되고, 이와 이온 소통되는 제 1 배리어 셀과 같은 여러 구성요소를 지닐 수 있다. 또한, 본 발명의 전기탈이온화기는 음이온 교환 수지의 층형성에 관련된 구성을 지니고/거나 장치를 통해 전류 분배를 균일하게 하는 우세 저항을 제공하는 하나 이상의 구획을 지닐 수 있다. 온도 제어가 제공될 수 있다. 또한, 병렬 액체 흐름을 위한 배열이 가능하다.

Description

전기탈이온화 장치 및 스케일 형성 가능성이 낮은 수처리 방법 {ELECTRODEIONIZATION APPARATUS AND LOW SCALE POTENTIAL WATER TREATMENT}

1. 발명의 분야

본 발명은 스케일(scale) 형성 가능성이 낮은 수처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 전기 구동식 분리 장치를 이용하는 시스템에서 스케일 형성 가능성을 감소시키는 것에 관한 것이다.

2. 관련 기술에 대한 논의

전기투석기 뿐만 아니라 전기탈이온화기를 포함하나, 이로 제한되는 것은 아닌 전기 구동식 분리 장치는 물을 처리하는 데 사용되어 왔다. 예를 들어, 리앙(Liang) 등의 미국 특허 제 6,649,037호에는 이온화가능성 화학종을 제거함으로써 유체를 정제하는 전기탈이온화 장치 및 방법이 기술되어 있다.

발명의 요약

본 발명의 하나 이상의 양태는 애노드(anode) 구획 및 캐소드(cathode) 구획을 갖는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다. 전기탈이온화 장치는 애노드 구획과 캐소드 구획 사이에 배치된 제 1 감손(depleting) 구획, 이러한 감손 구획과 이온 소통되는 농축 구획, 농축 구획과 이온 소통되는 제 2 감손 구획, 및 제 1 감손 구획과, 애노드 구획 및 캐소드 구획중 하나 이상 사이에 배치되고, 이온 소통되는 제 1 배리어 셀(barrier cell)을 포함한다.

본 발명의 다른 양태는, 감손 구획, 및 감손 구획과 이온 소통되는 제 1 농축 구획을 포함하며, 음이온 선택성 막 및 양이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다. 제 1 농축 구획은 일반적으로, 실질적으로 음이온 교환 매질로 구성되는 제 2 구역에 의해 음이온 선택성 막과 실질적으로 분리되어 있는, 실질적으로 양이온 교환 매질로 구성되는 제 1 구역을 적어도 부분적으로 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 감손 구획, 감손 구획과 이온 소통되는 제 1 농축 구획, 감손 구획과 이온 소통되는 제 2 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다. 제 1 농축 구획은 일반적으로 제 1 유효 전류 저항을 지닌 매질 및 제 1 유효 전류 저항보다 큰 제 2 유효 전류 저항을 지닌 매질을 포함하는 일부를 지닌 제 2 농축 구획을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 감손 구획, 및 감손 구획과 이온 소통되는 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다. 농축 구획은 일반적으로 음이온 교환수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 포함하고, 혼합물 중 음이온 교환 수지 및 양이온 교환 수지의 양은 농축 구획의 흐름 경로 길에 따라 달라진다.

본 발명의 또 다른 양태는 다수의 구멍을 지닌 분배기에 의해 형성되는 하나 이상의 유출구를 갖는 하나 이상의 구획을 지닌 전기탈이온화 장치에 관한 것이다. 전기탈이온화 장치는 이온 선택성 막에 의해 경계되는 구획에 제 1 입자층을 포함할 수 있다. 입자는 상기 구멍의 최소 치수보다 작은 제 1 유효 직경을 갖는 매질 을 포함할 수 있다. 전기탈이온화 장치는 제 1 층의 다운스트림에 위치하는 구획에 제 2 입자층을 추가로 포함한다. 제 2 입자층은 일반적으로 제 1 유효 직경보다 크고, 구멍의 최소 직경보다 큰 제 2 유효 직경을 갖는다.

본 발명의 또 다른 양태는, 처리하려는 물의 공급원, 처리하려는 물의 공급원에 유체식으로 연결되는, 감손 구획 및 농축 구획을 포함하는 처리 모듈, 산 생성 구획을 포함하는 전기분해 모듈, 및 전기분해 모듈의 산 생성 구획의 유입구에 유체식으로 연결된 염수 용액의 공급원을 포함하는 전기탈이온화 시스템에 관한 것이다. 전기분해 모듈은 농축 구획의 업스트림에 유체식으로 연결된다.

본 발명의 양태는 음이온 교환 수지 및 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유하는 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다. 음이온 교환 수지의 평균 직경은 양이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3배 이상 크다.

본 발명의 양태는 음이온 교환 수지 및 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유하는 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다. 양이온 교환 수지의 평균 직경은 음이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3배 이상 크다.

본 발명의 또 다른 양태는 처리하려는 물의 공급원, 다수의 농축 및 감손 구획을 포함하고 처리하려는 물의 공급원에 유체식으로 연결된 전기탈이온화기, 및 전기탈이온화기의 하나 이상의 농축 구획에 도입하려는 물과 열적 소통되는 급냉기(chiller), 농축 구획에 도입하려는 물 및 농축 구획에서 배출되는 물 중 하나 이상의 온도를 표시하도록 배치된 센서, 및 온도 표시를 수용하여 농축 구획에 도입하려는 물을 냉각시키는 것을 조장하는 신호를 발생시키도록 구성된 제어기를 포 함하는 수처리 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 양이온 선택성 막 및 음이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 감손 구획, 및 음이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 제 1 음이온 교환 매질층 및 제 1 층의 다운스트림에 배치된, 음이온 교환 매질 및 양이온 교환 매질을 포함하는 제 2 매질층을 포함하는 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 감손 구획 및 농축 구획을 갖는 전기탈이온화기에서의 수처리 방법에 관한 것이다. 이 방법은 농축 구획내 스트림의 온도, 농축 구획에 도입하려는 스트림의 온도 및 농축 구획으로부터 배출되는 스트림의 온도 중 어느 하나를 측정하고; 농축 구획에 도입하려는 물의 온도를 소정 온도로 감소시키고; 처리하려는 물을 감손 구획에 도입시키고; 전기탈이온화기에서 처리하려는 물로부터 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 음이온 및 양이온 화학종을 갖는 물을 전기탈이온화기의 감손 구획에 도입하고, 전기탈이온화 장치의 감손 구획과 캐소드 구획 사이에 배치된 제 1 배리어 셀에 양이온 화학종의 적어도 일부가 운반되도록 조장하고, 전기탈이온화기의 감손 구획과 애노드 구획 사이에 배치된 제 2 배리어 셀에 음이온 화학종의 적어도 일부가 운반되도록 조장하는 것을 포함하는, 전기탈이온화기에서의 수처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 감손 구획 및 농축 구획을 지닌 전기탈이온화기에 서의 수처리 방법에 관한 것이다. 이 방법은 전기탈이온화기의 감손 구획에 처리하려는 물을 도입하고, 전기탈이온화기의 농축 구획에 감손 구획으로부터의 바람직하지 않은 화학종이 운반되도록 조장하는 것을 포함한다. 농축 구획은 일반적으로 제 1 음이온 교환 매질 층 및 제 1 층의 다운스트림에 배치된 제 2 매질층을 포함하며, 제 2 층은 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 하나 이상의 이온 교환 매질층을 갖는, 전기탈이온화 장치의 감손 구획에 처리하려는 물을 도입하고, 제 1 이온 교환 매질층으로부터 감손 구획에 도입하려는 물로부터 음이온 화학종의 적어도 일부가 제 1 농축 구획에 운반되도록 조장하여 제 1 중간 수질을 갖는 물을 생성하는 것을 포함하는 수처리 방법에 관한 것이다. 제 1 농축 구획은 적어도 부분적으로, 음이온 선택성 막 및 양이온 선택성 막에 의해 형성된다. 제 1 농축 구획은, 적어도 부분적으로, 음이온 교환 매질을 포함하는 제 2 구역에 의해 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되어 있는 양이온 교환 매질을 포함하는 제 1 구역을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는, 전기탈이온화기에서의 수처리 방법에 관한 것이다. 이 방법은 바람직하지 않은 화학종을 포함하는 처리하려는 물을 전기탈이온화기의 감손 구획에 도입하고, 감손 구획으로부터의 바람직하지 않은 화학종이 전기탈이온화기의 농축 구획에 운반되도록 조장하여 처리수를 생성하고; 보조 모듈에서 산 용액을 전기분해적으로 생성시키고; 산 용액의 적어도 일부를 농축 구획에 도입하는 것을 포함한다.

본 발명의 추가의 양태는 처리하려는 물의 공급원, 및 각각이 병렬 흐름 구성으로 처리하려는 물의 공급원에 유체식으로 연결되는 제 1 감손 구획 및 제 2 감손 구획, 및 제 1 감손 구획에 이온 소통되는 제 1 농축 구획, 및 제 1 농축 구획의 다운스트림에 유체식으로 연결된 제 2 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화기를 포함하는 수처리 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는, 병렬 흐름 경로를 따라 그 안에 유동하는 액체를 지니도록 구성된 다수의 감손 구획, 및 하나 이상의 감손 구획과 이온 소통되는 다수의 농축 구획을 포함하며, 농축 구획의 적어도 일부가 연속해서 배열되는 전기탈이온화 장치에 관한 것이다.

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 구체예에 따른 하나 이상의 배리어 셀을 포함하는 전기탈이온화 장치의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 하나 이상의 농축 구획에서 층화된 매질 베드를 갖는 전기탈이온화 장치의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 매질 구역을 갖는 하나 이상의 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 처리 시스템의 일부를 개략적 으로 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 다른 구획에서 유효 저항을 감소시키고 전류 분배를 향상시키도록 변형된 하나 이상의 구획을 갖는 전기탈이온화 장치의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 하나 이상의 농축 구획에서 증가된 유효 유속을 갖는 전기탈이온화 장치의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 상이한 크기의 수지 비드를 함유하는 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치의 일부를 개략적으로 도시한 것이다.

도 8은 물 스트림의 온도에 대한 물 스트림의 랑겔리어 포화 지수(Langelier Saturation Index) 값 간의 관계를 보여주는 그래프이다.

도 9a 및 도 9b는 전기탈이온화기에서 농축 및 감손 구획 셀 쌍을 개략적으로 도시한 것으로, 도 9a는 매질층을 포함하는 구획을 나타내며, 도 9b는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 매질층 및 매질 구역을 포함하는 구획을 나타낸다.

도 10은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 전기탈이온화 장치의 성능을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 각각이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제 4,632,745호, 제 6,649,037호, 제 6,824,662호, 및 제 7,083,733호에 기술된 것들과 같은 충전된 구획 전기탈이온화(compartment electrodeionization: CEDT)기와 같은 그러나 이로 제한되는 것은 아닌 전기 구동식 분리 장치를 제공한다. 특히, 본 발명의 하나 이상의 양태를 이행하는 구체예는, 몇몇 경우에서 스케일 형성의 가능성 또는 공산이 보다 낮은 것으로 특징된다. 본 발명의 여러 양태가 전기탈이온화기를 포함하는 구체예를 통해 제시되지만, 본 발명의 이러한 여러 양태는 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종을 갖는 유체의 처리를 용이하게 할 수 있는 그 밖의 전기 구동식 분리 장치로 실시될 수 있다. 본 발명의 특히 적절한 양태는 물 스트림 또는 물의 바디(body)로부터 하나 이상의 용존 화학종을 처리하거나 제거하는 데 사용되는 전기탈이온화 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 여러 양태는 유리하게는 스케일 가능성이 높은 물을 처리하도록 구성되거나 작동되는 전기탈이온화 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 양태는 전기탈이온화 장치(100)의 일부가 개략적으로 도시된 도 1에 제시된 예시적 구체예로 이행될 수 있다. 전기탈이온화 장치는 일반적으로 하나 이상의 농축 구획(112) 및 하나 이상의 감손 구획(114)을 포함하고, 이러한 구획은 하나의 셀 쌍(115)을 구성하여, 서로 이온 소통되게, 바람직하게는 애노드 구획(12)과 캐소드 구획(122) 사이에, 그리고 이와 함께 배치된다. 본 발명의 유리한 구체예에서, 전기탈이온화 장치는 이동하는 화학종을 트래핑(trapping)할 수 있는 하나 이상의 배리어 셀(130)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기탈이온화 장치(100)는 애노드 구획(12) 및 캐소드 구획(122)에 인접하여 배치된 배리어 또는 중립 셀(130 및 132)을 가질 수 있다. 배리어 셀은 일반적으로 전극 구획에 대한 완충물을 제공하여 화학종이 편재된 스케일을 형성하지 못하게 하거나 분리시킨다. 전기탈이온화 장치는 일반적으로 편재된 영역, 특히 전기분해 반응에 기여하는 표면 또는 지점에서 pH를 상승시킬 수 있는 히드록시드 이온을 생성한다. 이러한 편재된 영역, 또는 심지어 전극 구획에서는 일반적으로 액체의 벌크(bulk)보다 훨씬 더 높은 pH 조건을 갖는다. 배리어 셀은 수처리 동안에 하나 이상의 감손 구획으로부터 운반된 스케일 형성 화학종으로부터 이러한 높은 pH 영역을 분리시키는 역할을 할 수 있기 때문에, 이에 의해 스케일 형성 가능성을 억제하거나 적어도 감소시킨다. 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 전기탈이온화 장치(100)는 스케일 형성에 기여하는 OH^-와 같은 성분으로부터 Ca²⁺와 같은 하나 이상의 침전가능한 성분을 이온적으로 분리시키는 배리어 셀(130)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 배리어 셀(130)은 적어도 부분적으로 OH^-와 같은 음이온성 화학종의 이동을 허용하면서 추가로 양이온성 화학종의 인접 구획으로의 이동을 억제하는 음이온 선택성 막(140A)에 의해 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 배리어 셀(130)은 농축 구획(112)에 인접하여 배치될 수 있다. 이러한 하나 이상의 배리어 셀은 또한 양이온 선택성 막(140C)에 의해 추가로 부분적으로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, Ca²⁺와 같은 침전가능한 화합물 성분이 일반적으로 히드록시드 종을 형성시키는, 전극 구획(120)과 같은 높은 pH의 편재된 영역을 갖는 구획에 도입되지 않도록 억제될 수 있다.

본 발명의 다른 구체예는 실리카, SiO₂와 같은, 그러나 이로 제한되는 것은 아닌 중성이거나 약하게 이온화되는, 또는 적어도 이온화가능한 화학종을 분리시키는 배리어 셀을 포함할 수 있다. 실리카는 농도가 충분히 높거나, 높은 pH에서 중성 pH로의 변화와 같은 pH 변화가 일어나는 경우에 벌크 액체로부터 침전할 수 있다. 전기탈이온화 장치에서, 실리카는 일반적으로 이온화된 상태로 존재하면서 높은 pH에서 제거된다. 하나 이상의 배리어 셀(132)은 전기탈이온화 장치(100)의 애노드 구획(122)을 이온적으로 분리시키기 위해 배치될 수 있으며, 여기에서 수소 이온이 생성되고, 결과적으로 낮거나 중성인 pH 액체가 그 안에서 흐를 수 있다. 실리카가 감손 구획(114)으로부터 음이온 선택성 막(140A)을 통해 농축 구획(112)으로 이동한 후, 실리카는 그 안에서 흐르는 높은 pH 액체를 함유하는 배리어 셀(132)에 의해 트랩핑되어 중성이거나 중성에 가까운 pH를 갖는 낮거나 중성인 pH 구획으로의 추가 이동을 억제하고, 이로써 실리카 스케일로 중합할 가능성을 감소시킨다. 셀(130)과 같이, 셀(132)은 양이온 선택성 막(140C) 및 음이온 선택성 막(140A)에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 따라서, 배리어 셀(132)은 pH-침전가능성 화학종을 트래핑하는 역할을 하고, 이러한 종의 침전을 방지하거나 적어도 억제하는 역할을 할 수 있다. 배리어 셀(132)은 또한 적어도 부분적으로, 음이온 교환 매질 및 양이온 교환 매질 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 배리어 셀은 추가로 전기탈이온화 장치의 조립을 용이하게 하거나 예를 들어, 이러한 장치의 작동 동안에 저항 또는 흐름 분배와 같은 요망되는 특징을 제공할 수 있는 불활성 매질 또는 그 밖의 필터 물질을 포함할 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 농축 구획, 감손 구획, 및 전극 구획은 적어도 부분적으로, 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질의 혼합물을 포함할 수 있다. 사실상, 농축 구획 및 전극 구획에서 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질의 혼합물은 단일 타입의 활성 교환 매질을 갖는 구획 또는 구획의 영역에서 발생할 수 있는 이온성 화학종의 축적을 피하는 선택성 막으로부터 침전가능한 화학종을 멀리 운반하도록 도와줌으로써 추가로 스케일형성 가능성을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 몇몇 구체예에서, 애노드 구획은 실질적으로 내산화성 기재로 구성된 매질을 적어도 부분적으로 함유할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상업적으로 입수할 수 있는 양이온 수지와 같은 내구성있는 고도로 가교된 이온 교환 수지가 산화적 환경이 제공될 수 있는 애노드 구획에 사용될 수 있다. 또한, 애노드 구획에 사용되는 경우, 양이온 교환 수지는 클로라이드 이온이 이러한 종이 산화성 염소로 전환될 수 있는 애노드 표면으로 운반되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다.

본 발명의 장치는 CaCO₃로서 1mg/L 이상의 경도를 갖거나, 실리카 함량이 1mg/L 이상이거나, 이 둘 모두인 물을 처리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치 및 기술은 통상적인 작동 한계로 제한되지 않으며, 처리 시스템에 사용되는 경우, 처리하려는 물을 연화시키거나 실리카를 제거하고자 하는 하나 이상의 유닛 작동장치를 필요로 하지 않을 수 있다. 이는 유리하게는 자본 및 작동 비용을 감소시키면서 처리 시스템의 신뢰성 및 이용성 뿐만 아니라 용량을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 하나 이상의 전기탈이온화기를 포함하는 본 발명의 처리 시스템은, 2회 통과 역삼투(reverse osmosis: RO) 서브시스템 없이 물을 처리하면서, 2회 통과 역삼투기를 이용하여 전기탈이온화기 전에 경도(hardness) 원인 성분 및 실리카의 농도를 제거하거나 감소시키는 시스템과 동일하거나 필적할 만한 수질을 갖는 물을 제공할 수 있다.

본 발명의 추가의 양태는 그 안에 층화된 매질을 갖는 하나 이상의 농축 구획 및/또는 하나 이상의 감손 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기탈이온화기(100)의 하나 이상의 감손 구획(112)은 제 1 입자층(112A)을 포함하며, 이의 적어도 일부는 제 1 표적물, 일반적으로 이온화된 화학종의 운반 또는 이동을 용이하게 하는 활성 매질을 포함한다. 감손 구획(112)은 적어도 부분적으로, 제 1 표적 화학종 및 제 2 표적 화학종, 또는 이 둘 모두의 운반응을 용이하게 하는 활성 매질을 포함하는 제 2층(112B)을 추가로 포함한다. 제 1 층(112A)은 제 1 유효 직경을 갖는 입자를 포함할 수 있으며, 제 2 층(112B)은 제 2 유효 직경을 갖는 입자를 가질 수 있다. 추가의 구체예는 감손 구획(112)에 제 3층(112C)을 포함할 수 있다. 제 3 층(112C)은 제 3 유효 직경을 갖는 활성 또는 비활성 매질, 또는 이 둘의 혼합물을 지닐 수 있다. 상기 유효 직경은 입자의 최소 치수일 수 있다. 다르게는, 유효 직경은 축적된 입자의 평균 직경일 수 있으며, 유사한 용적 및 표면적의 유사 구체예 대한 계산된 직경이다. 예를 들어, 소정 층내 입자의 유효 직경은 입자의 표면적에 대한 입자의 용적의 비 또는 입자의 최소 치수의 평균에 따를 수 있다. 바람직한 구성에서, 다운스트림 층내 입자의 유효 직경은 업스트림 층내 입자의 유효 직경보다 작을 수 있다. 예를 들어, 층(122C)에 포함되는 입자는 층(112B)에 포함되는 입자의 유효 직경보다 더 큰 유효 직경을 지닌 구형 입자일 수 있다. 임의로, 층(112A)에 포함되는 입자의 유효 직경은 층(112B) 또는 112(C)의 입자의 유효 직경보다 클 수 있다. 하나 이상의 농축 구획도 유사하게 층화될 수 있다.

바람직한 구체예에서, 업스트림 층내 입자는 다운스트림 층의 입자간 간극의 치수 이상인 유효 직경을 갖는다. 추가의 구체예에서, 업스트림 입자는 감손 구획(112)의 유출구를 형성하는 분배기(160) 구멍의 최소 직경보다 작은 최소 직경 또는 유효 직경을 갖는다. 분배기(160)는 구획내 매질을 보유하는 역할을 하는 스크린일 수 있다. 따라서, 매질을 함유하는 각각의 감손 구획 및 농축 구획은 이를 통해 유체가 흐르도록 하면서 업스트림 층에 입자를 보유하도록 사이징된 매질 및 매질층을 보유하는 하나 이상의 분배기를 가질 수 있다.

분배기의 구멍 또는 개구는 일반적으로 약 500㎛ 내지 약 700㎛의 직경을 갖는 수지를 보유하도록 설계된다. 본 발명의 구성을 이용할 경우, 장치를 통해 질량 전달 속도를 향상시키는 구멍 치수보다 작은 치수를 갖는 음이온 및 양이온 교환 수지가 이용될 수 있다. 또한, 보다 작은 이온 교환 수지가 구획내 패킹을 향상시킬 수 있으며, 구획벽을 따른 채널링(channeling) 또는 흐름 우회(flow bypass)의 가능성을 감소시킨다. 밀집 충전 구체 또는 거의 구형인 입자는 구체의 반경의 약 0.414배인 간극 공간을 지닌다. 따라서, 업스트림 수지의 유효 직경은 바람직하게는 이러한 치수 이상이다. 예를 들어, 약 62㎛ 내지 약 83㎛의 유효 직경을 갖는 미세 메시(mesh) 수지 비드는 약 300㎛ 내지 약 400㎛의 직경을 갖는 수지 비드를 갖는 업스트림층에 사용될 수 있다. 임의의 이러한 층은 구획의 임의의 적합한 분율을 차지할 수 있다. 업스트림층의 깊이는 요망되는 성능을 제공하는 것에 의존할 수 있다. 또한, 유리한 구성으로 양이온 이동 활성을 용이하게 하는 보다 큰 음이온 수지 비드와 함께 보다 작은 유효 직경 또는 치수를 갖는 양이온 수지 비드를 사용하는 것이 고려된다. 주목할 만한 배열은 보다 낮은 다운스트림 매질로서 활성 수지의 사용으로 제한되지 않으며, 본 발명은 하나 이상의 다운스트림 층에 불활성 매질을 사용하여 이행될 수 있다.

층 간의 계면은 작은 수지 비드 및 큰 수지 비드의 구배를 구성할 수 있다. 따라서, 층간 경계가 특별히 서술될 필요는 없다. 또한, 그 밖의 구성은 보다 큰 수지와 혼합되는 미세 메시 수지 비드의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 그 안에 층화된 매질을 갖는 하나 이상의 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전기탈이온화기(200)은 하나 이상의 농축 구획(214) 및 하나 이상의 감손 구획(212)을 지닐 수 있다. 하나 이상의 농축 구획(214)은 제 1 층(215) 및 제 2 층(216)을 가질 수 있다. RO 투과물과 같이 비교적 순수한 물을 처리하는 전기탈이온화기에 있어서, 전류 효율은 일반적으로 100% 미만인데, 그 이유는 물 분해 및 생성된 수소 및 히드록실 이온의 운반으로 때문인 것으로 여겨진다. 이는 국부적인 pH 변동을 일으킬 수 있으며, 특히 히드록실 종이 비카보네이트 종 또는 이산화탄소화 반응하여 탄산칼슘 스케일을 형성하는 카보네이트 이온을 형성하는 경우에 스케일 형성을 촉진시킬 수 있다.

예를 들어, 일반적인 전기탈이온화 장치에서, 비카보네이트 이온은 구획의 유입구 부근에서 음이온 교환막을 통해 운반되나, 막으로부터 더 이상의 이동은 억제될 수 있다. 물 분해가 발생하는 경우, 음이온 교환막을 통해 운반된 히드록실 종은 비카보네이트 종과 반응하여 카보네이트를 형성할 수 있으며, 카보네이트는 이후 칼슘과 반응하여 탄산칼슘 스케일을 형성한다.

하나 이상의 농축 구획에서 층을 사용함으로써, 표적 화학종은 스케일을 덜 형성할 것 같은 위치로 향하게 될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 음이온 교환 매질의 층(215)은 농축 구획(214)의 유입구 부근에 배치되어 비카보네이트 종의 이동을 조장할 수 있다. 비카보네이트 종이 음이온 교환막(240A)을 통해 운반된 후, 이는 음이온 수지의 층(215)을 통과하도록 촉진되어, 양이온 선택성 막(240C)을 향해 이동한다. 양이온 선택성 막(240C)을 통과하는 경도 이온이 존재하더라도, 이러한 유체의 pH는 이러한 막 부근에서 비교적 낮으며, 이것이 카보네이트 형성 가능성을 감소시킨다.

감손 구획(212), 및 농축 구획(214)의 다른 하나 이상의 층(216)은 혼합된 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질을 함유할 수 있다.

스케일 형성을 추가로 감소시키거나 억제하기 위해, 매질층은 농축 구획의 흐름 경로 길이를 따라 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 농축 셀은 적어도 부분적으로, 이온 교환 매질의 제 1 구역(314A) 및 이온 교환 매질의 제 2 구역(314B)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 구역은 경계(350)에 의해 표시된 바와 같이 구획의 길이를 따라 선형으로 분포되거나, 구역(315C 및 315D)에서 이온 교환 매질 타입의 양을 증가시키거나 감소시키는 구배이고, 구배 경계(351)로 표시될 수 있다. 제 1 또는 제 2 구역은 필수적으로 음이온 교환 매질 또는 양이온 교환 매질로 구성되거나, 음이온 교환 매질 또는 양이온 교환 매질로 구성된다. 예를 들어, 구역(314A)은 음이온 교환 매질을 포함하는 구역(314B)을 양이온 선택성 막(340C)으로부터 실질적으로 분리시키는 양이온 교환 매질을 포함할 수 있다. 실질적으로 분리시킨다는 것은, 몇몇 경우에 분리 구역이 음이온성, 양이온성, 또는 불활성일 수 있는 매질 타입을 포함하거나, 이들 타입이 필수적으로 구성되도록 구역과 막 사이에 배치되는 것을 말한다.

몇몇 경우에, 제 1 구역 또는 제 2 구역은 상이한 양의 이온 교환 매질 타입의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 구역(315C)은 필수적으로 양이온 선택성 막(340C)에 인접하는 양이온 교환 매질로 구성되거나, 이러한 양이온 교환 매질로 구성될 수 있으며, 양이온 교환 매질의 양에 대해 음이온 교환 매질의 양이 흐름 경로 길이를 따라 또는 길이방향 치수를 따라 증가하거나 감소하여, 구역 사이의 경계가 구배 경계(351)에 의해 형성된다. 또 다른 구체예에서, 매질의 제 3 구역(미도시됨)이 제 1 구역과 제 2 구역 사이에 위치될 수 있다. 제 3 구역은 불활성 매질, 양이온 교환 매질, 음이온 교환 매질, 혼합 매질, 또는 이들의 혼합물을 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되거나, 이들로 구성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 스크린이 구역 사이에 또는 구역 내에 사용되어 장치의 구획을 충전하는 것을 용이하게 하고, 이는 작동 동안에 또한 흐름 분배를 개선시키고, 나아가 스케일 형성을 억제할 수 있다. 또한, 조립 및 충전은 또한 각 구역의 매질을 고정하기 위해 결합제를 사용함으로써 용이하게 될 수 있다. 예를 들어, 제 1 구역의 매질은 전분과 같은 수용해성 결합제와 혼합될 수 있다. 이후, 혼합물은 구획에 배치될 수 있다. 제 2 구역의 제 2 매질 혼합물도 유사하게 제조되어 구획에 배치될 수 있다.

구역(314B)은 음이온 선택성 막(340A)으로부터 비카보네이트 이온과 같은 음이온 화학종의 운반을 용이하게 하고, 구역(315C)은 음이온 선택성 막(340C)으로부터 칼슘 이온과 같은 양이온 화학종의 운반을 용이하게 한다. 따라서, 이러한 분리 구역은 막 표면 주변의 스케일 형성 가능성을 감소시킨다.

도 3에 도시된 바와 같이, 감손 구획은 제 1 매질층(312A), 제 2 매질층(312B), 및 임의로 제 3 매질층(312C)을 포함할 수 있다. 제 1층은 음이온 교환 매질, 양이온 교환 매질, 또는 불활성 매질의 혼합물을 포함할 수 있다. 제 2 층은, 음이온 교환 매질, 또는 불활성 매질 또는 이들의 혼합물로 필수적으로 구성되거나, 음이온 교환 매질, 또는 불활성 매질 또는 이들의 혼합물로 구성된다. 제 3 층은, 음이온 교환 매질, 양이온 교환 매질, 불활성 매질, 또는 이들의 혼합물로 필수적으로 구성되거나, 이온 교환 매질, 양이온 교환 매질, 불활성 매질, 또는 이들의 혼합물로 구성된다.

본 발명의 추가의 양태는 전기탈이온화 장치의 하나 이상의 농축 구획에서 흐르는 스트림의 pH를 변화시키는 시스템 및 기술을 포함한다. 이러한 스트림의 pH는 산성 용액을 생성시켜 하나 이상의 농축 및 전극 구획에 부가함으로써 스케일 형성 가능성을 감소시키도록 감소될 수 있다. 산성 용액은 전기분해 모듈을 사용함으로써 생성되거나 제조될 수 있다. 또한 스케일 억제 또는 내성은 농축 액체의 탈기화에 의해 영향받을 수 있다. 디오넥스 코포레이션(Dionex Corporation, Sunnyvale, California)로부터 통상적으로 입수할 수 있는 것들과 같은 임의의 산 생성 모듈이 사용될 수 있다.

일반적으로, 전기탈이온화기는 낮은 경도의 액체를 처리할 수 있다. 이러한 제약은 전기탈이온화기에 유입되는 공급수를 탄산칼슘으로서 1ppm 이하의 경도 수준으로 제한한다. 1ppm 초과의 경도를 갖는 물을 처리하기 위해서는, 2회 통과 RO 또는 연화제 포스트(softener post) RO와 같은 전처리 공정이 사용되어야 한다. 추가의 전처리 유닛 작동장치는 시스템의 복잡성을 증대시키고, 비용뿐만 아니라 폐기물을 증가시킨다. 그러나, 본 발명의 전기탈이온화기는 보다 높은 경도의 물을 신뢰성있게 처리할 수 있음으로써 이러한 전처리 작동장치에 대한 의존도를 제거하거나 감소시킨다.

칼슘 침전화를 감소시키기 위해 전기투석기의 농축 구획에 산성 용액을 부가하는 것은 공지되어 있으나, 농축 구획에서의, 특히 두꺼운 셀 구획에서의 스트림의 낮은 유속으로 인해, 산성 용액을 전기탈이온화기에 첨가하는 것은 실시되지 않았다. 또한, 일반적으로 다량의 산이 요구된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 처리 시스템(400)은 소정 구획, 특히 공급원(411)으로부터 처리하려는 물을 수용하도록 배치된 전기탈이온화기(445)의 농축 구획에 도입하려는 산 용액을 생성하기 위한 전기화학기(435)를 포함할 수 있다. 전기탈이온화기(445)로부터 처리되어 생성된 물의 일부는 전기화학기(435)의 산 생성 구획(472)에서 산 용액을 생성하는 것을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 처리된 물의 적어도 일부는 사용지점(413)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 연화제 염수 탱크로부터 염을 포함하는 염수 용액의 공급원(462)은 전기분해 모듈(435)에 도입되어 산 용액의 생성을 촉진할 수 있다. 전기화학기(435)는 전기탈이온화기(445)의 일부일 수 있다. 염수 용액은 일반적으로 염화나트륨을 포함한다.

몇몇 구체예에서, 산성 용액은 전기탈이온화기(445)의 하나 이상의 감손 구획 및 농축 구획(412 및 414), 뿐만 아니라 전극 구획에 도입될 수 있다. 바람직하게는, 산성 용액은 구획에서 나가는 배출 스트림 용액의 pH가 약 2.5 내지 4.3 유닛이 되게 하는 양으로 첨가된다. 추가의 구체예는 전기탈이온화기(445)로부터 하나 이상의 스트림을 중화시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기분해 모듈(435)의 구획(472)로부터 생성된 염기성 용액은 하수구(463) 또는 환경으로 방출되기 전에 농축 구획(414)으로부터 일반적으로 낮은 pH를 갖는 유출 스트림을 중화시키도록 합쳐질 수 있다.

농축 스트림을 탈기시켜 이산화탄소를 제거하는 것이 농축 구획에서 침전 가능성을 추가로 감소시키거나 제거할 수 있다. 탈기화는 탈기화기의 부가에 의해 또는 막 공정 또는 그 밖의 방법에 의해 달성될 수 있다. 탈기화는 막을 통해 역확산될 수 있어 생성물의 수질을 감소시킬 수 있는 이산화탄소 가스의 형성 가능성으로 인해 농축 구획에서 산성 용액을 사용하는 경우에 적절할 수 있다. 또한, 구획내 스트림의 흐름은 가스 제거를 용이하게 하기 위해 역류일 수 있다.

또한, 펌프, 및 임의로 탱크를 사용하는 농축 구획의 재순환이 본원에 기술된 산성화 및 탈기화 기술에 의해 스케일 억제를 추가로 증진시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 구성요소, 배열 및 기술은 전기탈이온화기의 전류 분배를 향상시킨다. 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 전극(520)과 (522) 간의 전기탈이온화 장치를 통한 전류 저항이 감손 구획 및 농축 구획(512 및 514)을 나타내는 일련의 구획 저항(573, 575 및 577)에 의해, 그리고 음이온 선택성 막(540A) 및 양이온 선택성 막(540B)을 나타내는 막 저항(584, 586, 및 588)에 의해 특징될 수 있다. 전기탈이온화 장치(500)를 통한 향상된 전류 분배는, 적어도 그 일부가 농축 구획과 같은 다른 구획의 유효 전류 저항보다 큰 유효 전류 저항(580)을 갖는 하나 이상의 농축 구획(516)을 사용하므로써 수행될 수 있다.

구획 또는 그 일부의 유효 전류 저항은 농축 구획내에서 불활성 수지 비드, 또는 저전도성 또는 비전도성 물질을 혼합함으로써 변화될 수 있다. 유효 전류 저항을 선택적으로 증가시킴으로써 다른 구획을 통해 보다 균일한 전류 분배가 이루어진다. 감손 구획을 통한 전류의 감소 변동은 예를 들어, 전반적인 성능을 개선시킨다.

전기탈이온화기에서, 전기 저항은 전기탈이온화기내 매질의 타입뿐만 아니라 그러한 매질의 활성 화학형, 즉 무슨 이온이 매질을 통해 이동하는 지에 의존할 수 있다. 층형성된 베드 구획에서, 저항은 일반적으로 상이한 타입의 수지 및 수지 형태로 인해 층간 다르다. 일반적으로, 강하게 하전된 화학종 또는 이온은 자극을 받아, 물 분리 현상과 약하게 이온 프로모션(promotion)이 뒤따른다. 따라서, 구획 유입구 근처의 매질 수지는 공급수중의 표적 화학종으로 교환되고, 유출구 근처의 매질은 대부분이 수소 및 히드록시드 형태로 존재할 것이다. 일반적으로, 강하게 하전된 이온의 대부분은 제거되어야 하며, 이는 공급물 농도 및/또는 흐름이 충분히 높은 경우나, 전류가 충분히 낮은 경우에는 이루어지지 않을 수 있다.

구획내 저항이 그 층 사이에서 또는 베드의 길이를 따라 달라질 수 있는 경우, 전류 밀도 또한 이에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 전체 모듈을 통한 저항은 단지 감손 구획의 저항에 따르지 않을 수도 있다. 감손 구획은 막 및 농축 구획 및 전극과 전기적으로 연속되며, 이는 그 길이를 따라 저항이 다를 수도 있고, 다르지 않을 수도 있다. 감손 구획의 저항이 모듈을 통한 총 저항의 작은 일부인 경우, 이러한 저항이 크게 다르다고 하더라도, 전체 저항은 다른 인자에 의해 지배될 것이고, 전류 분배는 보다 균일하게 될 것이다. 그러나, 감손 구획 저항이 다른 저항에 비해 높은 경우, 전류 분배는 감손 구획내 저항 차에 의해 영향을 받을 것이다.

일반적인 전기탈이온화기는 스크린 충전된 농축 구획 및/또는 전극 구획을 포함한다. 이러한 구성에서, 이러한 구획내 물의 저항은 대부분의 경우에 감손 구획내 수지의 저항보다 훨씬 크며, 이에 따라 전류 분배가 일반적으로 감손 구획의 저항에 의해 제어되지 않는다. 농축 구획 및 전극 구획의 수지로의 충전 뿐만 아니라 저항이 보다 낮은 이온 교환막의 사용은 전체 모듈 저항을 상당히 감소시킨다. 그러나, 특정 상황에서, 이는 모듈 저항이 감손 구획의 저항에 의해 영향받게 됨에 따라 불균일한 전류 분배를 유발시킬 수 있다.

그러므로, 본 발명의 몇몇 구체예에서 스크린 충전된 농축 및 전극 구획이 불균일한 전류 분배를 최소화할 수 있다. 그러나, 대부분의 포스트-RO 적용에서, 물은 매우 낮은 전도성을 가져 높은 모듈 저항을 유발한다. 또한, 이러한 높은 저항은, 전위 제한 조건이 있는 경우, 제약이 생기게 한다. 대조적으로, 본 발명은 농축 구획으로 흐르는 스트림에 염수 주입을 사용하지 않고 유사한 성능을 제공함으로써 작동 비용 및 공정의 복잡성을 감소시킨다.

주지되는 바와 같이, 하나 이상의 농축 및/또는 전극 구획에서 불활성 수지를 충전제로서 혼합하는 것은 그러한 구획에서 저항을 증가시킬 수 있어, 모듈을 통한 전류 분배를 개선시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 농축 구획(516)은 보다 높은 유효 저항(580)을 제공하는 불활성 수지를 포함할 수 있으며, 이를 통해 다른 구획 및 막의 총체적 저항을 지배한다. 지배적 저항은 전체 저항을 제어하기 때문에, 다른 구획을 통한 유효 전류 분배가 보다 균일하게 된다. 불활성 수지의 양은 유효 저항을 증가시키고, 장치를 통한 전류 분배가 변화되도록 달라질 수 있다. 또한, 불활성 수지가 하나 이상의 농축 및 전극 구획내 층에 사용되어 약한(dilute) 저항이 낮게 측정되는 특정 지점에서 저항을 국부적으로 증가시킬 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 구역(512)을 통한 전류 분배가 구획(515) 층의 유효 저항(573)이 증가되도록 구획(515)에서 보다 높은 저항층을 이용함으로써 상기 장치의 구역(511)을 통한 전류와 유사하게 매칭되거나 유사하게 될 수 있다. 저항의 양은 사용된 불활성 수지의 양에 대해 유효 저항을 실험적으로 측정하여 얻어질 수 있다.

낮은 전도도를 갖는 다른 물질, 예컨대 폴리머 스크린 또는 섬유 물질이 불활성 수지 비드와 함께 저항을 증가시키는 데 사용될 수 있다.

전기탈이온화 장치는 경도와 같은 공급수에서 제한된 용해도의 화학종 및 실리카의 스케일 형성을 억제하도록 90 내지 95%의 최대 회수율로 제한될 수 있다. 공급수가 이러한 화학종을 매우 적은 양으로 함유하는 경우, 전기탈이온화기는 보다 높은 회수율로 작동될 수 있어야 한다. 본 발명의 몇몇 양태는 농축 구획의 다수 통과로 회수율을 제공하는 전기탈이온화 장치를 포함한다. 다수 통과 구성은 재순환 펌프 및 루프(loop) 없이 소정의 속도를 유지하는 것을 용이하게 한다. 그러나, 본 발명은 바람직하게는 공급수 이온 농도가 낮고, 매우 높은 회수율이 요망되는 재순환 루프에 의한 적용에 사용되어 고순도 물을 버리거나 방출하는 것을 피하고/하거나 보충 시스템의 작동 시간을 증가시키는 것을 피한다. 본 발명의 전기탈이온화 장치의 몇몇 구체예에서, 유체 유량은 구획내 정체 부피(dead volume), 채널링(channeling) 및 편재된 과열이 일어날 가능성을 감소시키기에 충분하다. 예를 들어, 구획내 요망되는 유체 유량은 농축 구획내 분당 제곱 피트당 약 2갤론 이상일 수 있다. 다른 유체 유량은 침전되는 화합물의 성분의 농도, 유체의 온도, 및 유체의 pH를 포함하나, 이로 제한되는 것은 아닌 다른 인자에 의해 영향받을 수 있다. 보다 낮은 속도는 채널링을 유도할 수 있다.

도 6은 전극 구획(630)과 (632) 사이에 감손 구획(614) 및 농축 구획(612)을 포함하는 전기탈이온화 장치(600)의 일부를 개략적으로 도시한 것이다. 이러한 배열 및 구성은 본 발명의 처리 장치 및 시스템의 1회의 감손 구획 통과와 함께 다수의 농축 구획 통과를 제공한다. 이러한 구성은 농축 구획에서의 유체 유속이 바람직하게는 단일 통과 장치의 유량에 비해 5배 이상 높게 되도록 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 공급원(615)으로부터의 물은 연속하여 농축 구획(612)에 도입되어, 농축 구획(612B)의 다운스트림으로 진행된 후, 구획(612C) 및 하수구로, 또는 다운스트림 유닛 작동장치(625)로 진행된다.

처리하려는 물은 감손 구획(614)에 도입되고, 구획(612, 612A, 및 612B)를 통해 물의 흐름을 따르거나 트래킹하지 않고 사용 지점으로 유도된다. 그러나, 본 발명은 감손 구획 용적의 수치에 대한 관련된 농축 구획 용적의 수치로 제한되지 않으며, 감손 구획에 대한 농축 구획의 임의의 비가 구획을 통한 요망되는 높은 유체 유량을 제공하는 데 사용될 수 있다.

혼합된 층 또는 구획에서 상이한 크기의 양이온 및 음이온 교환 수지 비드는 보다 큰 비드의 상대 이온의 운반 속도를 추가로 감소시키고, 보다 작은 비드의 상대 이온의 운반을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.

이온 운반은 일반적으로 이온 교환 수지를 통해 일어난다. 이에 따라 성공적인 운반은 비드와 막 간의 유사 물질의 완전한 경로에 의존할 수 있다. 일반적으로 양이온 화학종은 양이온 수지 비드로 확산되어, 양이온 선택성 막에 도달하여 농축 구획을 통과할 때까지 양이온 매질의 경로를 따르는 캐소드 쪽으로 이동하는 경향이 있을 것이다. 경로가 파괴된 경우, 양이온 화학종은 마지막 비드로부터 벌크 용액으로 확산될 것이며, 이에 따라 차후에 비드에서 픽업될 가능성을 감소시키고, 결국 생성된 물에서 끝나게 될 가능성을 증가시킨다. 경로는 비드가 양호하게 접촉하지 않는 불량한 패킹에 의해 파괴되거나, 반대 전하의 비드에 의해 파괴될 수 있다.

상대적으로 얇은 셀 또는 긴밀하게 패킹된 수지를 사용함으로써 요망되는 경로를 유지시킬 가능성을 증가시킬 수 있다. 보다 작고, 비교적 균일한 크기의 양이온 및 음이온 교환 수지를 사용함으로써 요망되는 경로를 유지시킬 가능성을 증가시킬 것이다. 그러나, 상이한 크기의 양이온 및 음이온 교환 수지는 운반을 차단할 수 있다.

몇몇 경우에, 양이온 또는 음이온의 운반을 억제하는 것이 유리할 수 있다. 혼합된 베드내 어느 한 타입의 수지의 크기를 선택적으로 감소시킴으로써, 보다 작은 비드의 상대 이온의 전달이 보다 완전한 경로로 인해 증진될 것이나, 보다 작은 비드의 크기가 보다 큰 비드의 크기의 소정 분율에 근접함에 따라 보다 작은 수지 비드는 보다 큰 비드 주변을 패킹하는 경향이 있어 이것이 어느 한 큰 비드로부터 다음 비드로의 경로를 분리시켜 파괴하기 때문에, 보다 큰 비드의 상대 이온의 전달은 보다 덜 완전한 경로로 인해 지연될 것이다. 이러한 현상은 또한 큰 이온 교환 수지 비드 및 작은 이온 교환 수지 비드의 상대적 비에 의존할 수 있다. 예를 들어, 50용적%의 작은 비드의 혼합물은 25용적% 또는 75용적%의 작은 비드보다 매우 상이하게 이온 전달에 영향을 미칠 것이다.

매질의 크기 및 혼합 비가 대략적으로 표적 또는 선택된 타입의 이온의 전달을 늦추고, 상이한 타입의 전달을 증대시키도록 선택되면, 수소 및 히드록실 이온은 전기 중립성을 유지하도록 옮겨져야 한다. 예를 들어, 필수적으로 양이온 수지로 이루어진 베드가 도 7a에 도시된 바와 같이 감손 구획에 사용되는 경우, 양이온 화학종은 양이온 교환 수지 비드(731) 및 양이온 막(740C)을 통해 인접하는 농축 구획으로 이동할 것이다. 물은 음이온 선택성 막(740A)의 지점(766)에서 분해하여, 감손 구획에서 이동하는 양이온을 교체시키는 수소 이온, 및 또 다른 감손 구획(미도시됨)으로부터 이동하는 양이온 화학종을 중화시키는 인접하는 농축 구획으로 이동하는 히드록실 이온을 생성시킨다. 이러한 현상은 음이온 막과 양이온 비드 간의 비교적 작은 접촉 면적이 있는 음이온 막의 표면 상에서의 물 분해능에 의존한다. 도 7b에 도시된 바와 같이 보다 큰 음이온 교환 수지 비드(734)와 함께 보다 작은 양이온 교환 수지 비드(733)를 사용하는 것은 음이온 화학종의 전달 속도를 감소시킨다. 또한, 상이한 수지 비드 크기의 사용은 양이온 교환 수지(733)과 음이온 교환 수지 비드(734) 간의 접선에서 추가의 물 분해 지점(766)을 제공하여, 모듈에 걸친 저항을 감소시킴으로써 성능을 개선시킨다.

예를 들어, 본 발명의 전기탈이온화 장치는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유하는 구획을 포함할 수 있으며, 양이온 교환 수지는 음이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3배 이상 큰 평균 직경을 갖는다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 전기탈이온화 장치는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유하는 구획을 포함할 수 있으며, 양이온 교환 수지는 음이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3배 이상 큰 평균 직경을 갖는다.

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 랑겔리어 포화 지수(LSI)에 대한 온도 효과를 기술한 것이다.

LSI 값의 계산은 스케일 형성 가능성을 측정하기 위해 당해 공지되어 있다. LIS는 pH, 총 용존 고형물(TDS), 온도, 총 경도(TH) 및 알칼리도의 함수이다. 전기탈이온화 장치의 농축 구획 스트림에 대해 하기에서 추정되는 이러한 파라미터를 사용하면, LSI 값에 대한 스트림의 온도가 규정될 수 있으며, CaCO₃로서 9.5 유닛의 pH, 30ppm의 TDS, 15ppm의 TH (CaCO₃로서), 및 약 25ppm의 알칼리도(CaCO₃로서)를 갖는 스트림에 근거한 대표적인 관계가 도 8에 도시된다.

스트림의 LSI 값이 양의 값인 경우는 스케일 형성이 일어날 수 있다. 스케일 형성을 억제하기 위해, 스트림의 LSI 값은 바람직하게는 음의 값으로 감소되어야 한다. 도 8은, 온도가 감소됨에 따라, LSI 값이 12.5℃ 부근에서 제로 값 아래로 감소되는 것을 보여준다. 따라서, 상기 기술된 조건에 있어서, 전기탈이온화기의 농축 구획으로 진행되는 스트림을 12.5℃ 미만으로 냉각시켜 스케일 형성 가능성을 감소시키거나 방지해야 한다.

냉각은 전기탈이온화 장치의 업스트림에서 열교환기 또는 급냉기를 열적으로 커플링시킴으로써 이루어질 수 있다. 하나 이상의 스트림으로부터 열에너지를 상기 장치로 분리시키는 것을 용이하게 하는 다른 구성요소 및 서브시스템이 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서 및 제어기가 온도 제어 루프를 형성하여, 스트림의 온도를 목표 온도로 유지하는 것을 돕거나 유효 LSI 값을 요망되거나 목 표로 하는 값으로 감소시키는 데 사용될 수 있다.

목표 온도는 전기탈이온화기의 농축 구획에 도입하려는 스트림의 온도를 규정함으로써 실험적으로 측정되거나, 계산된 LSI 값에 적어도 부분적으로 근거하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 실험적으로 성립된 목표 온도는 스케일 형성이 추가로 억제되도록 하는 추가의 여지가 있거나 없이 이력적으로 스케일형성이 전혀 관찰되지 않는 온도일 수 있다. LSI에 근거한 목표 온도는 유도된 LSI 온도 관계를 기초로 하여 LSI 값에서의 설정 감소(set reduction)와 관련된 목표 온도를 계산하여 정해질 수 있다.

실시예 2

본 실시예에서는, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 수지 비드 크기의 효과를 연구하였다.

일 실험에서, 전기탈이온화 모듈을 감손 구획에서 평균 비드 직경이 575㎛인 음이온 수지와 평균 비드 직경이 350㎛인 양이온 수지의 동량 혼합물을 사용하여 구성하였다. 이들 수지 둘 모두는 산업 표준에 따라 균일한 입도를 가졌다.

상기 모듈에 역삼투에 의해 이미 처리되고, 약 0.5ppm의 Mg 및 1.5ppm의 Ca(둘 모두 CaCO₃로서)를 함유한, pH가 약 6.1인 물을 공급하였다. 모듈은 거의 100% 전류 효율로 작동되었으며, 생성물 수질은 제로(zero) 실리카는 거의 제거하지 않고 약 1 내지 2 MΩ-cm이었다.

생성된 물의 경도 수준은 해치 분광광도계(Hach spectrophotometer)에 의해 측정되는 검출치보다 낮았으며(<10ppb), pH는 약 5.7로 감소되었다. 이는, 상기 모듈은 음이온에 비해 양이온을 우선적으로 제거함을 시사한다.

실시예 3

본 실시예에서는, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 구획내 상이한 비드 크기의 다수 층을 지닌 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과를 연구하였다.

모듈은 감손 구획내 세개의 이온 교환 수지층으로 구성되었다. 제 1층 및 마지막 층은 대략 600㎛의 균일한 입자 직경을 갖는 양이온 수지와 음이온 수지의 균일한 혼합물로 구성되었다. 중간층은 입자 직경이 150 내지 300㎛인 양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지의 균일한 혼합물로 구성되었다. 모듈 스페이서는 흐름 분배기에 폭이 254㎛인 슬롯을 지니며, 슬롯은 수지를 제 위치에서 보유되도록 하는 데 사용된다. 모듈은 압력 강하에서의 변화 없이 수개월 동안 작동되었으며, 이는, 일부가 스페이서 구멍보다 작은 중간층내 수지가 수지의 바닥층을 통과하지 않아 모듈에서 배출되지 않았음을 나타낸다.

또한, 보다 작은 수지의 중간층 부가는 유사한 전기탈이온화기, 제어 모듈의 성능을 향상시켰다. 이 모듈은 입자 직경이 약 600㎛인 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 균일한 혼합물을 함유하는 구획을 갖는 또다른 전기탈이온화 모듈과 병렬로 작동되었다. 전도도가 약 30μS/cm인 역삼투에 의해 미리 처리되어, 3.75ppm의 CO₂를 함유하는 공급수로, 보다 작은 이온 교환층을 포함하는 모듈은 저항이 16.4MΩ-cm인 물을 생성하였으나, 보다 작은 이온 교환 수지 층이 없는 다른 타입의 모듈은 저항이 13.5MΩ-cm인 물을 생성하였다. 또한, 보다 작은 교환 수지 층을 포함하는 모듈은 대조 모듈에 대한 실리카 제거율이 93/2%인 것에 대해 96.6%의 실리카 제거율을 나타냈다.

실시예 4

본 실시예에서는, 농축 구획을 수회 또는 다수회 통과하는 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과를 연구하였다.

전기탈이온화 모듈이 4개의 감손 구획, 3개의 농축 구획, 및 2개의 전극 구획으로 조립되었다.

모든 감손 구획에는 각각 병렬로 처리하려는 물이 공급되었다.

농축 구획 및 전극 구획은 농축 구획에 도입된 스트림을 캐소드 구획에 먼저 유입시킨 후, 연속해서 농축 구획을 통해 흐르고, 마지막으로 애노드 구획을 통해 흐르도록 연달아 제공되었다. 이것은, 물 스트림이 일반적으로 농축 구획으로 유입되는 물 스트림과 병렬로 전극 구획에 공급되는 종래의 구성과 대조적이다. 따라서, 상기 모듈은 5회 유효 농축 구획 통과를 가졌다.

병렬 흐름으로 작동하는 표준 모듈("병렬 농축부"로서 표시됨)에 대한 성능 데이타와 함께 이러한 모듈("연속 농축부")에 대한 데이타가 하기 표 1에 기재된다. 이들 데이타는, 스트림을 농축 구획 및 전극 구획을 통해 흐르도록 연달아 배열시킴으로써, 유체 유속은 훨씬 낮은 리젝트(reject) 유량에서 병렬로 작동하는 것과 유사하다는 것을 보여준다. 그러므로, 농축부의 최소 속도를 유지하면서 매우 높은 회수율이 얻어질 수 있다.

표 1. 5회 통과를 갖는 모듈에 대한 단일 통과 농축부를 갖는 모듈의 비교.

모듈	병렬 농축부	연속 농축부
유입 전도도, μS/cm	30.3	30.3
전기 저항, Ohm	4.3	4.2
생성물 품위, MΩ-cm	3.1	3.6
생성물 유량, gpm	2.25	2.25
농축부 유량, gph	7.2	1.2
회수율, %	94.9	99.1
농축부 속도, gpm/ft2	2.0	1.7

실시예 5

본 실시예에서는, 농축 구획에서 수평층 및 수직층을 갖는 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과를 연구하였다.

두개의 모듈을 도 9a 및 9b에서 도시된 바와 같이 상이한 층형성의 구성으로 조립하였다. 각각의 모듈은 4개의 각각 도시된 반복되는 셀 쌍으로 구성되었다. 도면에서, "MB"는 혼합물 또는 수지를 나타내며, "A" 및 "C"는 각각 음이온 교환 수지 및 양이온 교환 수지를 포함하는 구역 또는 층을 나타내고; "AEM" 및 "CEM"은 음이온 선택성 막 및 양이온 선택성 막을 나타낸다. 모듈은 전도도가 약 10μS/cm이고, 탄산칼슘으로서 2ppm의 총 경도를 함유하는 공급수로 각각 2주 및 3주 동안 작동되었다.

이 기간이 경과한 후, 상기 모듈을 개방하자, 스케일이 관찰되지 않았다. 대조적으로, 감손 구획 및 농축 구획에 혼합된 베드 수지를 함유하는 비층화된 모듈은 동일한 공급수에 대해 2주 작동 후 농축부에서 음이온 막 상에 스케일이 나타났다.

실시예 6

본 실시예에서는, 산성 용액의 부가와 함께 구획내 수직층을 갖는 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과를 연구하였다.

감손 구획에 수평층이 형성되어 있고, 농축 구획에 흐름 경로 길이를 따라, 수직 배향된 구열 또는 층을 갖는 세개의 모듈을 조립하였다. 또한, 배리어 셀을 두개의 전극 구획에 인접하여 배치하였다. 모듈은 총 경도가 약 2ppm을 함유하는 포스트-RO 공급수로 90일 동안 작동되었다. 농축 구획에서 배출되는 물 스트림의 pH가 약 2.5 내지 3.5가 되도록 하는 양으로 산성 용액을 농축 구획에 주입하였다.

도 10은 총 90일 동안에 걸쳐 안정한 성능을 보여준다. 도면에서, "FCE"는 유입 당량 전도도(feed conductivity equivalent)를 나타내며, 이는 실제 유입 전도도(μS/cm)를 유입 이산화탄소(ppm)에 2.67배, 및 유입 실리카(ppm)에 1.94배 가산함으로써 계산되며, "유입 TH"는 유입 총 경도를 나타낸다.

본 발명의 시스템의 제어기는 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)^® 프로 세서, 휴렛-팩커드 PA-RISC^® 프로세서, 또는 임의의 다른 타입의 프로세서, 또는 이들의 조합에 근거한 것들과 같은 일반용 컴퓨터일 수 있다. 다르게는, 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. 메모리는 처리 시스템 및/또는 컴퓨터 시스템의 작동 동안에 프로그램 및 데이타를 저장하기 위해 사용된다. 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. 컴퓨터 시스템의 구성요소는 상호접속 메카니즘에 의해 커플링될 수 있으며, 이러한 메카니즘은 하나 이상의 버스(busses)(예를 들어, 동일 기기내 통합되는 구성요소 간에), 및/또는 네트워크(예를 들어, 분리된 별개의 기기 상에 있는 구성 요소들 간에)를 포함할 수 있다. 상호접속 메카니즘은 일반적으로 시스템의 구성요소 간에 변경되어야 하는 소통(예를 들어, 데이타 및 지시)을 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 컴퓨터 시스템을 통신 네트워크에 연결시킬 수 있는 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다(시스템의 하나 이상의 구성요소에 의해 형성될 수 있는 네트워크 이외에 또는 대안으로서).

본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 하나 이상의 입력 장치는 파라미터 를 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. 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. 저장 매체는 디스크 또는 플래시 메모리일 수 있다. 컴퓨터 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, 제어기에 의해 수행될 수 있는 하나 이상의 알고리즘 세그먼트가 별개의 컴퓨터로 수행될 수 있으며, 계속해서 하나 이상의 네트워크를 통해 소통될 수 있다.

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.

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. 또한, 또한, 하나의 구체예와 관련하여서만 논의된 작업, 구성요소 및 특징은 다른 구체예에서 유사한 역할을 배제하지 않도록 의도된다.

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. 청구되는 엘리먼트를 수식하는 청구의 범위에서 "제 1", "제 2", "제 3" 등과 같은 서수적 용 어의 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.

2006년 6월 22일자 제출된 미국 가출원 시리얼 넘버 60/805,505(발명의 명칭: "ENHANCED HARDNESS TOLERANCE OF CEDI MODULES"), 및 2006년 6월 22일자 제출된 미국 가출원 시리얼 넘버 60/805,510(발명의 명칭: "METHODS TO REDUCE SCALING IN EDI DEVICES")는 본원에 참조로 포함된다.

Claims (64)

1. 애노드 구획(anode compartment) 및 캐소드 구획(cathod compartment)을 지닌 전기탈이온화(electrodeionization) 장치로서,

   애노드 구획과 캐소드 구획 사이에 배치된 제 1 감손(depleting) 구획;

   감손 구획과 이온 소통되는 농축 구획;

   농축 구획과 이온 소통되는 제 2 감손 구획; 및

   제 1 감손 구획과, 애노드 구획 및 캐소드 구획 중 하나 이상의 사이에 배치되고 이와 이온 소통되는 제 1 배리어 셀(barrier cell)을 포함하는 전기탈이온화 장치.
2. 제 1항에 있어서, 제 1 배리어 셀이 제 1 감손 구획에 인접하여 배치된 양이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 전기탈이온화 장치.
3. 제 2항에 있어서, 제 1 배리어 셀이 음이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 캐소드 구획에 인접하여 배치되는 전기탈이온화 장치.
4. 제 3항에 있어서, 제 1 배리어 셀이 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질의 혼합물을 포함하는 매질층을 함유하는 전기탈이온화 장치.
5. 제 4항에 있어서, 캐소드 구획이 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질의 혼합물을 함유하는 전기탈이온화 장치.
6. 제 1항에 있어서, 제 2 감손 구획과 이온 소통되고, 애노드 구획과 제 2 감손 구획 사이에 배치되는 제 2 배리어 셀을 추가로 포함하는 전기탈이온화 장치.
7. 제 6항에 있어서, 제 2 배리어 셀이 제 2 감손 구획에 인접하여 배치된 음이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 전기탈이온화 장치.
8. 제 7항에 있어서, 제 2 배리어 셀이 애노드 구획에 인접하여 배치된 양이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 전기탈이온화 장치.
9. 제 8항에 있어서, 제 2 배리어 셀이 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질의 혼합물을 포함하는 매질층을 함유하는 전기탈이온화 장치.
10. 제 8항에 있어서, 음이온 구획이 양이온 교환 매질을 함유하는 전기탈이온화 장치.
11. 감손 구획; 및

    감손 구획과 이온 소통되고, 음이온 선택성 막과 양이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되며, 실질적으로 음이온 교환 매질로 구성되는 제 2 구역에 의해 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되어 있는 실질적으로 양이온 교환 매질로 구성되는 제 1 구역을 적어도 부분적으로 함유하는, 제 1 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치.
12. 제 11항에 있어서, 감손 구획과 이온 소통되고, 양이온 선택성 막 및 음이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되며, 이온 교환 매질을 포함하는 제 1 부분 및 이온 교환 매질을 포함하는 제 2 부분을 함유하는 제 2 농축 구획을 추가로 포함하며, 제 1 부분 및 제 2 부분 각각이 제 2 농축 구획의 길이방향 세그먼트(segment)를 부분적으로 충전하는 전기탈이온화 장치.
13. 제 12항에 있어서, 제 1 부분이 주로 양이온 교환 매질로 구성되고, 제 2 농축 구획의 양이온 선택성 막에 인접하여 배치되는 전기탈이온화 장치.
14. 제 13항에 있어서, 제 2 부분이 실질적으로 음이온 교환 매질로 구성되고, 양이온 교환 매질의 제 1 부분에 의해 제 2 구획의 양이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되어 있는 전기탈이온화 장치.
15. 제 11항에 있어서, 제 1 농축 구획 및 제 2 농축 구획 중 하나 이상이 전기화학적 불활성 매질을 추가로 포함하는 전기탈이온화 장치.
16. 제 11항에 있어서, 제 1 농축 구획의 유입구와 유체 소통되는 산성 용액의 공급원을 추가로 포함하는 전기탈이온화 장치.
17. 제 11항에 있어서, 양이온 교환 매질이 약산 양이온 교환 수지를 포함하는 전기탈이온화 장치.
18. 제 11항에 있어서, 음이온 교환 매질이 약염기 음이온 교환 수지를 포함하는 전기탈이온화 장치.
19. 감손 구획;

    감손 구획과 이온 소통되고, 제 1 유효 전류 저항을 갖는 매질을 포함하는 제 1 농축 구획; 및

    감손 구획과 이온 소통되고, 그 일부가 제 1 유효 전류 저항보다 더 큰 제 2 유효 전류 저항을 갖는 매질을 포함하는 제 2 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치.
20. 제 19항에 있어서, 제 2 농축 구획의 적어도 일부의 유효 저항이 제 1 유효 저항보다 2배 이상 큰 전기탈이온화 장치.
21. 제 19항에 있어서, 제 2 농축 구획이 불활성 매질을 포함하는 전기탈이온화 장치.
22. 감손 구획; 및

    감손 구획과 이온 소통되고, 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 포함하는 농축 구획을 포함하고,

    혼합물 중 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 양이 농축 구획의 흐름 경로 길이에 대해 달라지는 전기탈이온화 장치.
23. 제 22항에 있어서, 음이온 교환 수지의 상대적 양이 농축 구획의 흐름 경로를 따라 증가하는 전기탈이온화 장치.
24. 제 22항에 있어서, 양이온 교환 수지의 상대적 양이 농축 구획의 흐름 경로를 따라 증가하는 전기탈이온화 장치.
25. 다수의 구멍이 있는 분배기에 의해 형성된 하나 이상의 유출구를 갖는 하나 이상의 구획을 지닌 전기탈이온화 장치로서,

    이온 선택성 막에 의해 경계되는 구획의 제 1 입자층으로서, 입자가 구멍의 최소 치수보다 작은 제 1 유효 직경을 갖는 매질을 포함하는 제 1 입자층, 및

    제 1 입자층의 다운스트림에 위치하는 구획의 제 2 입자층으로서, 입자가 제 1 유효 직경보다 크고, 구멍의 최소 치수보다 큰 제 2 유효 직경을 갖는 제 2 입자층을 포함하는 전기탈이온화 장치.
26. 제 25항에 있어서, 제 1 입자층의 업스트림에 배치된 제 3 입자층을 추가로 포함하는 전기탈이온화 장치.
27. 제 26항에 있어서, 제 3 입자층이 제 2 입자층과 동일한 유효 직경을 갖는 입자를 포함하는 전기탈이온화 장치.
28. 제 25항에 있어서, 제 2 입자층이 이온 교환 수지를 포함하는 전기탈이온화 장치.
29. 제 25항에 있어서, 제 1 입자층이 이온 교환 수지를 포함하는 전기탈이온화 장치.
30. 제 25항에 있어서, 제 3 입자층이 이온 교환 수지를 포함하는 전기탈이온화 장치.
31. 처리하려는 물의 공급원;

    감손 구획 및 농축 구획을 포함하고, 처리하려는 물의 공급원에 유체식으로 연결된 처리 모듈(module);

    산 생성 구획을 포함하고, 농축 구획의 업스트림에 유체식으로 연결되는 전기분해 모듈; 및

    전기 분해 모듈의 산 생성 구획의 유입구에 유체식으로 연결되는 염수 용액의 공급원을 포함하는, 전기탈이온화 시스템.
32. 제 31항에 있어서, 감손 구획의 유출구가 산 생성 구획의 유입구에 유체식으로 연결되는 전기탈이온화 시스템.
33. 제 32항에 있어서, 전기분해 모듈이 산 생성 구획과 이온 소통되는 염기 생성 구획을 추가로 포함하는 전기탈이온화 시스템.
34. 제 33항에 있어서, 농축 구획의 유출구가 염기 생성 구획의 유출구와 유체식으로 연결되는 전기탈이온화 시스템.
35. 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유하는 구획을 포함하며, 음이온 교환 수지의 평균 직경이 양이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3배 이상 큰, 전기탈이온화 장치.
36. 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유하는 구획을 포함하 며, 양이온 교환 수지의 평균 직경이 음이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3배 이상 큰, 전기탈이온화 장치.
37. 처리하려는 물의 공급원;

    다수의 농축 구획 및 감손 구획을 포함하고, 처리하려는 물의 공급원에 유체식으로 연결된 전기탈이온화기;

    전기탈이온화기의 하나 이상의 농축 구획에 도입하려는 물과 열적 소통되는 급냉기;

    농축 구획에 도입하려는 물 및 농축 구획에서 배출되는 물 중 어느 하나 이상의 온도를 표시하도록 배치된 센서; 및

    온도 표시를 수용하여 농축 구획에 도입하려는 물의 냉각을 조장하는 신호를 생성하도록 구성된 제어기를 포함하는 수처리 시스템.
38. 제 37항에 있어서, 제어기가 농축 구획에 도입하려는 물의 온도를 목표 온도로 조절하도록 구성되는 수처리 시스템.
39. 제 38항에 있어서, 제어기가 농축 구획에 도입하려는 물 및 농축 구획에서 배출되는 물 중 어느 하나 이상의 유효 랑겔리어 포화 지수(Langelier Saturation Index: LSI) 값을 계산하고, 계산된 LSI 값에 적어도 부분적으로 근거하여 목표 온도를 유도하도록 구성되는 수처리 시스템.
40. 양이온 선택성 막 및 음이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 감손 구획; 및

    음이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 제 1 음이온 교환 매질층, 및 제 1 층의 다운스트림에 배치되고, 음이온 교환 매질 및 양이온 교환 매질을 포함하는 제 2 매질층을 포함하는 전기탈이온화 장치.
41. 제 40항에 있어서, 제 2 층이 음이온 교환 매질을 포함하는 제 2 구역에 의해 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되어 있는 양이온 교환 매질을 포함하는 제 1 구역을 포함하는 전기탈이온화 장치.
42. 제 40항에 있어서, 제 2 층이 제 1 층의 다운스트림에 배치되는 전기탈이온화 장치.
43. 감손 구획 및 농축 구획을 지닌 전기탈이온화기에서의 수처리 방법으로서,

    농축 구획내 스트림의 온도, 농축 구획에 도입하려는 스트림의 온도, 및 농축 구획으로부터 배출되는 스트림의 온도 중 어느 하나를 측정하고,

    농축 구획에 도입하려는 물의 온도를 소정 온도로 감소시키고,

    처리하려는 물을 감손 구획에 도입하고,

    전기탈이온화기에서 처리하려는 물로부터 하나 이상의 바람직하지 않은 화학 종의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는 방법.
44. 제 43항에 있어서, 농축 구획에 도입하려는 스트림의 온도를 목표 값으로 유지시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
45. 제 44항에 있어서, 농축 구획에 도입하려는 스트림 및 농축 구획에서 배출되는 스트림 중 어느 하나 이상의 유효 랑겔리어 포화 지수(LSI) 값을 측정하고, LSI 값에 적어도 부분적으로 근거하여 목표 값을 측정하는 것을 추가로 포함하는 방법.
46. 전기탈이온화기에서의 수처리 방법으로서,

    음이온 및 양이온 화학종을 지닌 물을 전기탈이온화기의 감손 구획에 도입하고,

    전기탈이온화기의 감손 구획과 캐소드 구획 사이에 배치된 제 1 배리어 셀에 양이온 화학종의 적어도 일부가 운반되도록 조장하고,

    전기탈이온화기의 감손 구획과 애노드 구획 사이에 배치된 제 2 배리어 셀에 음이온 화학종의 적어도 일부가 운반되도록 조장하는 것을 포함하는 방법.
47. 제 46항에 있어서, 양이온 화학종의 적어도 일부가 운반되도록 조장하는 것이 제 1 배리어 셀로부터 양이온 화학종이 캐소드 구획으로 운반되는 것을 억제하는 것을 포함하는 방법.
48. 제 47항에 있어서, 음이온 화학종의 적어도 일부가 운반되도록 조장하는 것이 제 2 배리어 셀로부터 음이온 화학종이 애노드 구획으로 운반되는 것을 억제하는 것을 포함하는 방법.
49. 제 48항에 있어서, 감손 구획에서 배출되는 물의 적어도 일부를 캐소드 구획 및 애노드 구획중 하나 이상에 도입하는 것을 추가로 포함하는 방법.
50. 제 46항에 있어서, 농축 구획을 통해 분당 제곱 피트당 2갤론 이상의 유체 유속을 유지시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
51. 감손 구획 및 농축 구획을 지닌 전기탈이온화기에서의 수처리 방법으로서,

    처리하려는 물을 전기탈이온화기의 감손 구획에 도입하고,

    원치않는 화학종이 전기탈이온화기의 감손 구획으로부터, 제 1 음이온 교환 매질층 및 제 1층의 다운스트림에 배치되고, 음이온 교환 매질과 양이온 교환 매질의 혼합물을 포함하는 제 2 매질층을 함유하는 농축 구획으로 운반되도록 조장하는 것을 포함하는 방법.
52. 처리하려는 물을 하나 이상의 이온 교환 매질층을 지닌, 전기탈이온화기의 감손 구획에 도입하고,

    감손 구획에 도입하려는 물로부터의 음이온 화학종의 적어도 일부가 제 1 이온 교환 매질층으로부터, 음이온 선택성 막 및 양이온 선택성 막에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 음이온 교환 매질을 포함하는 제 2 구역에 의해 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되어 있는 양이온 교환 매질을 포함하는 제 1 구역을 적어도 부분적으로 함유하는 제 1 농축 구획으로 운반되도록 조장하여 제 1 중간 수질을 갖는 물을 생성시키는 것을 포함하는 수처리 방법.
53. 제 52항에 있어서, 제 1 농축 구획을 통해 분당 제곱 피트당 2갤론 이상의 유체 유속을 유지시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
54. 전기탈이온화기에서의 수처리 방법으로서,

    원치 않는 화학종을 포함하는 처리하려는 물을 전기탈이온화기의 감손 구획에 도입하고,

    감손 구획으로부터 원치않는 화학종이 전기탈이온화기의 농축 구획으로 운반되도록 조장하여 처리수를 생성시키고,

    보조 모듈에서 산 용액을 전기분해에 의해 생성시키고,

    산 용액의 적어도 일부를 농축 구획에 도입하는 것을 포함하는 방법.
55. 제 54항에 있어서, 산 용액을 전기분해에 의해 생성시키는 것이 할라이드 염 용액을 보조 모듈에 도입하는 것을 포함하는 방법.
56. 제 55항에 있어서, 보조 모듈에서 염기성 용액을 생성시키면서 산 용액을 생성시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
57. 제 56항에 있어서, 농축 구획으로부터 유출 스트림을 염기성 용액으로 중화시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
58. 제 57항에 있어서, 처리된 물의 일부를 염수 용액과 혼합하여 이 혼합물을 보조 모듈에 도입하는 것을 추가로 포함하는 방법.
59. 제 58항에 있어서, 산 용액을 농축 구획에 도입하는 것이 pH가 4.3 이하인 산성 용액을 농축 구획에 도입하는 것을 포함하는 방법.
60. 제 59항에 있어서, 농축 구획에서 액체의 적어도 일부를 탈기시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
61. 처리하려는 물의 공급원, 및

    각각이 병렬 흐름 구성으로 처리하려는 물의 공급원에 유체식으로 연결되는 제 1 감손 구획 및 제 2 감손 구획, 및 제 1 감손 구획과 이온 소통되는 제 1 농축 구획, 및 제 1 농축 구획의 다운스트림에 유체식으로 연결된 제 2 농축 구획을 포 함하는 전기탈이온화기를 포함하는 수처리 시스템.
62. 제 61항에 있어서, 전기탈이온화기가 제 1 농축 구획의 업스트림에 유체식으로 연결된 제 1 전극 구획을 추가로 포함하는 시스템.
63. 병렬 흐름 경로를 따라 그 안에 흐르는 액체를 지니도록 구성된 다수의 감손 구획, 및

    하나 이상의 감손 구획과 이온 소통되며, 적어도 일부가 연속해서 배열되는 다수의 농축 구획을 포함하는 전기탈이온화 장치.
64. 제 63항에 있어서, 다수의 농축 구획의 전기탈이온화 장치를 통해 단일 흐름 경로를 형성하는 전기탈이온화 장치.

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