KR20100017113A

KR20100017113A - 낮은 스케일 가능성 수처리

Info

Publication number: KR20100017113A
Application number: KR20097024037A
Authority: KR
Inventors: 죠셉 디. 기포드; 존 더블유. 아르바
Original assignee: 지멘스 워터 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2010-02-16
Also published as: EP2137112A1; US20130126355A1; MX2009011175A; US9023185B2; JP3161750U; US20100213066A1; US9586842B2; US20160115046A1; EP2137112A4; BRPI0810227A8; WO2008131085A1; CA2684478A1; US20150225268A1; BRPI0810227A2; US20080067069A1; CN201648073U

Abstract

본 발명은 낮은 스케일 잠재성을 지닌 전기화학적 처리 장치를 개시하고 있다. 그러한 장치는 음이온성 교환 및 양이온성 교환 층으로 유도된 다양한 구성을 하고 있다. 처리 장치는 또한 불균일한 크기의 이온 교환 수지 비드를 포함하고/거나 장치 전체에 걸쳐서 균일한 전류 분포를 생성시키는 우세 저항을 제공하는 하나 이상의 격실을 지니고 있다.

Description

낮은 스케일 가능성 수처리{LOW SCALE POTENTIAL WATER TREATMENT}

본 발명은 스케일 형성에 대한 낮은 잠재성을 지닌 수처리 시스템 및 방법, 특히, 전기적으로 동기화된 분리 장치를 이용하는 시스템에서 스케일 형성의 잠재성을 저하시키는 것에 관한 것이다.

이로 한정되는 것은 아니지만, 전기탈이온화 디바이스(device) 뿐만 아니라 전기투석을 포함한 전기적으로 동기화된 분리 장치가 물을 처리하는데 사용되어 왔다. 예를 들어, 리앙(liang)등의 미국특허 제6,649,037호에서는 전기탈이온화 장치 및 이온화 가능한 화학종을 제거함으로써 유체를 정제하는 방법을 개시하고 있다.

본 발명의 하나 이상의 특징은 애노드 격실(anode compartment)과 캐소드 격실(cathode compartment)을 지니는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 전기탈이온화 장치는 애노드 격실과 캐소드 격실 사이에 배치된 제 1 제거 격실(first depleting compartment), 제 1 제거 격실과 이온 소통관계에 있는 농축 격실, 농축 격실과 이온 소통 관계에 있는 제 2 제거 격실, 및 애노드 격실과 캐소드 격실중 하나 이상과 제 1 제거 격실 사이에 배치되어 그들과 이온 소통관계에 있는 제 1 방벽 셀을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 제거 격실 및 제거 격실과 이온 소통 관계에 있으며 적어도 부분적으로 음이온 선택성 막과 양이온 선택성 막에 의해서 규정된 제 1 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 제 1 농축 격실은 전형적으로는 적어도 부분적으로 양이온 교환 매체를 실질적으로 포함하는 제 1 구역을 포함하며, 그러한 양이온 교환 매체는 실질적으로 음이온 교환 매체를 포함하는 제 2 구역에 의해서 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되어 있다.

본 발명의 다른 특징은 제거 격실, 제거 격실과 이온 소통 관계에 있는 제 1 농축 격실, 및 제거 격실과 이온 소통관계에 있는 제 2 농축 격실을 포함하는 전기이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 제 1 농축 격실은 전형적으로는 제 1 유효전류 저항을 지닌 매체를 포함하며, 제 2 농축 격실은 일부가 제 1 유효전류 저항보다 큰 제 2 유효전류 저항을 지니는 매체를 포함한다.

본 발명의 다른 특징은 제거 격실, 및 제거 격실과 이온 소통관계에 있는 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 농축 격실은 전형적으로는 음이온 교환 수지 및 양이온 교환 수지의 혼합물을 포함하며, 혼합물중의 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 양은 농축 격실의 유로 길이에 따라서 변화된다.

본 발명의 다른 특징은 다수의 구멍을 지닌 분배기에 의해서 규정된 하나 이상의 출구를 지닌 하나 이상의 격실을 지니는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 전기탈이온화 장치는 이온 선택성 막에 의해서 경계된 격실내에 제 1 입자층을 포함할 수 있다. 입자는 구멍의 최소 치수 미만의 제 1 유효 직경을 지니는 매체를 포함할 수 있다. 전기탈이온화 장치는 추가로 제 1 층의 하류에 있는 격실내에 제 2 입자층을 포함할 수 있다. 제 2 입자층은 전형적으로는 제 1 유효 직경보다 크고 구멍의 최소 치수보다 큰 제 2 유효 직경을 지닌다.

본 발명의 다른 특징은 처리하고자 하는 물 공급원, 제거 격실 및 농축 격실을 포함하는 처리 모듈(treating module)로서 처리하고자 하는 물 공급원과 유체 소통관계로 연결되어 있는 처리 모듈, 산-생성 격실을 포함하는 전기분해 모듈, 및 전기분해 모듈의 산-생성 격실의 입구에 유체 소통관계로 연결된 염수 용액 공급원을 포함하는 전기탈이온화 시스템에 관한 것일 수 있다. 전기분해 모듈은 농축 격실의 상류에서 유체소통 관계로 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 음이온 교환 수지 및 양이온 교환 수지의 혼합물을 포함한 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 음이온 교환 수지는 양이온 교환 수지의 평균 직경 보다 1.3배 이상 큰 평균 직경을 지닌다.

본 발명의 다른 특징은 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유한 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 양이온 교환 수지는 음이온 교환 수지의 평균 직경 보다 1.3배 이상 큰 평균 직경을 지닌다.

본 발명의 다른 특징은 처리되는 물의 공급원, 다수의 농축 및 제거 격실을 포함하며 처리되는 물의 공급원과 유체 소통관계로 연결된 전기탈이온화 디바이스, 전기탈이온화 디바이스의 하나 이상의 농축 격실내로 도입되는 물과 열 소통관계에 있는 냉각기, 농축 격실내로 도입되는 물 및 농축 격실을 빠져나가는 물중 하나 이상의 온도 표시를 제공하도록 배치된 센서, 및 온도 표시를 수신하고 농축 격실내로 도입되는 물의 냉각을 촉진하는 신호를 생성시키도록 구성된 제어기를 포함하는 수처리 시스템에 관한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 양이온 선택성 막과 음이온 선택성 막에 의해서 적어도 부분적으로 규정된 제거 격실, 및 음이온 선택성 막에 의해서 적어도 부분적으로 규성되어 있으며 제 1 음이온 교환 매체층 및 제 1 층의 하류에 배치된 제 2 층을 함유하는 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있으며, 상기 제 2 층은 음이온 교환 매체 및 양이온 교환 매체를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 제거 격실과 농축 격실을 지니는 전기탈이온화 디바이스내에서 물을 처리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 그러한 방법은 전형적으로는 농축 격실중의 스트림의 온도, 농축 격실내로 도입되는 스트림의 온도 및 농축 격실로부터 빠져나가는 스트림의 온도중 하나를 측정하는 단계; 농축 격실내로 도입되는 물의 온도를 소정의 온도로 저하시키는 단계; 처리되는 물을 제거 격실내로 도입하는 단계; 및 전기탈이온화 디바이스에서 처리되는 물로부터의 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종의 일부 이상을 제거하는 단계중 하나 이상의 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징은 전기탈이온화 디바이스에서 물을 처리하는 방법으로서, 전형적으로는 음이온성 및 양이온성 화학종을 지니는 물을 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실내로 도입하는 단계, 제거 격실과 전기탈이온화 디바이스의 캐소드 격실 사이에 배치된 제 1 방벽 셀내로 양이온 화학종의 일부 또는 전부의 수송을 촉진시키는 단계, 및 제거 격실과 전기탈이온화 디바이스의 애노드 격실 사이에 배치된 제 1 방벽 셀내로 음이온 화학종의 일부 또는 전부의 수송을 촉진시키는 단계중 하나 이상의 단계를 포함하는 방법에 관한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 제거 격실과 농축 격실을 지니는 전기탈이온화 디바이스에서 물을 처리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 방법은 전형적으로는 처리되는 물을 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실로 도입하는 단계 및 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실로부터 농축 격실로의 바람직하지 않은 화학종의 수송을 촉진시키는 단계중 하나 이상의 단계를 포함한다. 농축 격실은 제 1 음이온 교환 매체층 및 제 1 층의 하류에 배치된 제 2 매체층을 함유할 수 있으며, 그러한 제 2 층은 음이온 교환 매체와 양이온 교환 매체의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 물을 처리하는 방법으로서, 전형적으로는, 처리되는 물을 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실내로 도입하는데, 하나 이상의 이온 교환 매체층을 전형적으로 지니는 제거 격실내로 도입하는 단계, 및 제 1 이온 교환 매체층으로부터 제 1 농축 격실내로의, 제거 격실내로 도입된 물로부터의 음이온성 화학종의 일부 또는 전부의 수송을 촉진시켜서 제 1 중간 수질을 지니는 물을 생성시키는 단계중 하나 이상의 단계를 포함하는 방법에 관한 것일 수 있다. 제 1 농축 격실은 일부 또는 전부가 음이온 선택성 막과 양이온 선택성 막에 의해서 규정될 수 있다. 제 1 농축 격실은 일부 또는 전부가, 예를 들어, 음이온 교환 매체를 포함한 제 2 영역에 의해서 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되는 양이온 교환 매체를 포함한 제 1 영역을 함유할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 전기탈이온화 장치에서 물을 처리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 그러한 방법은 바람직하지 않은 화학종을 포함하는 처리되는 물을 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실내로 도입하고, 제거 격실로부터 전기탈이온화 디바이스의 농축 격실로의 바람직하지 않은 화학종의 수송을 촉진하여 처리수를 생성시키고, 보조 모듈(ancillary module)에서 산 용액을 전기분해에 의해서 생성시키고, 산 용액의 일부 또는 전부를 농축 결실에 도입함을 포함한다.

본 발명의 다른 특징은 처리되는 물 공급원, 및 병렬 흐름 구성으로 처리되는 물 공급원에 유체 소통관계로 각각 연결된 제 1 제거 격실 및 제 2 제거 격실과 제 1 제거 격실과 이온 소통관계에 있는 제 1 농축 격실 및 제 1 농축 격실의 하류에 유체 소통관계로 연결된 제 2 농축 격실을 포함한 전기탈이온화 디바이스를 포함하는 수처리 시스템에 관한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 병렬 흐름 경로들을 따라서 그 안에서 흐르는 액체를 지니도록 구성된 다수의 제거 격실, 및 하나 이상의 제거 격실과 이온 소통관계에 있는 다수의 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치로서, 농축 격실들의 일부 또는 전부가 직렬로 배열되는 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다.

발명의 추가의 특징은 전기탈이온화 장치를 조립하는 방법으로서, 전기탈이온화 장치의 농축 격실에 전기활성 매체를 도입하고, 전기탈이온화 장치의 제거 격실에 전기활성 매체를 도입함을 포함하는 방법에 관한 것일 수 있다. 농축 격실과 제거 격실중 하나 이상의 격실내의 전기활성 매체는 농축 격실과 제거 격실중 하나 이상의 격실의 일부 또는 전부의 유효전류 저항을 조절하는 양의 불활성 매체를 포함한다.

도면의 간단한 설명

첨부된 도면은 비례하게 도시되지 않은 도면이다. 도면에서, 다양한 특징부에서 예시되고 있는 동일하거나 거의 동일한 부품은 유사한 수치로 표시된다. 명확히 하기 위해서, 모든 도면에서 모든 부품이 표시되지는 않을 수 있다.

도면에서:

도 1은 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 하나 이상의 방벽 셀을 포함하는 전기탈이온화 장치의 일부에 대한 개략도이다.

도 2는 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 하나 이상의 농축 격실내에 층화된 매체 베드를 지니는 전기탈이온화 장치의 일부에 대한 개략도이다.

도 3은 발명의 구체예에 따른 매체 구역을 지니는 하나 이상의 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치의 일부에 대한 개략도이다.

도 4는 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 처리 시스템의 일부에 대한 개략도이다.

도 5는 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 다른 격실에서 유효 저항을 감소시키고 전류 분포를 개선시키도록 개조된 하나 이상의 격실을 지닌 전기탈이온화 장치의 일부에 대한 개략도이다.

도 6은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 하나 이상의 농축 격실에서 증가된 유효 흐름 속도를 지닌 전기탈이온화 장치의 일부에 대한 개략도이다.

도 7A 및 도 7B는 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 상이한 크기의 수지 비드(resin bead)를 함유한 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치의 일부에 대한 개략도이다.

도 8은 물 스트림의 온도에 대한 물 스트림의 랑게리아지수 값(Langelier Saturation Index value) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9A 및 도 9B는 발명에 따른 전기탈이온화 디바이스내의 농축 및 제거 격실 셀 쌍에 대한 개략도이고, 도 9A는 매체층들을 포함하는 격실을 나타내고 있고, 도 9B는 매체층들 및 구역들을 포함하는 격실들을 나타내고 있다.

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

상세한 설명

본 발명은, 일부 특징 또는 구체예로, 전기-구동 분리 장치, 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 충전된 격실 전기탈이온화(compartment electrodeionization(CEDI)) 디바이스, 예컨대, 미국특허 제4,632,745호, 제6,649,037호, 제6,824,662호, 및 제7,083,733호에 개시된 디바이스를 제공하고 있으며, 상기 특허의 모든 내용이 본원에서 모든 목적상 참조로 포함된다. 특히, 본 발명의 하나 이상의 특징을 실행하는 구체예는, 일부의 경우, 작동 동안 스케일을 형성할 낮은 잠재성 또는 낮은 가능성을 지니는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 다양한 특징이 전기탈이온화 디바이스와 연루된 구체예를 통해서 제공되지만, 본 발명의 다양한 특징중 어떠한 특징은 하나 이상의 바람직하지 않은 화학종을 지닌 유체의 처리를 용이하게 할 수 있는 다른 전기-구동 또는 동기화된 분리 장치에서 개별적으로 또는 어떠한 조합으로 실행될 수 있다. 특히, 본 발명의 적절한 특징은 물 스트림 또는 물의 바디로부터 하나 이상의 용존 화학종을 처리하거나 제거하는데 사용된 전기탈이온화 장치와 연관될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 특징은 유리하게는 높은 스케일 잠재성을 지니는 물을 처리하도록 구성 또는 작동되는 전기탈이온화 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 특징은 전기탈이온화 장치(100)의 일부를 개략적으로 도시하고 있는 도 1에 나타낸 예시적인 구체예에서 실행될 수 있다. 전기탈이온화 장치는 전형적으로는 하나 이상의 농축 격실(112)와 하나 이상의 제거 격실(114)을 포함하며, 이들은 셀 쌍(115)을 구성하고 서로 이온 소통관계로 배치되며, 바람직하게는 애노드 격실(120)과 캐소드 격실(122) 사이에 및 이들과 함께 배치된다. 발명의 유리한 구체예에서, 탈이온화 장치는 추가로 격실들중 어느 격실로부터의 이동 화학종을 트래핑할 수 있는 하나 이상의 방벽 셀(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기탈이온화 장치(100)은 애노드 격실(120)과 캐소드 격실(122)에 인접되게 배치된 각각 방벽 또는 중성 셀(130 및 132)을 지닐 수 있다. 방벽 셀은 전형적으로는 전극 격실을 위한 완충액을 제공하고, 국부적인 스케일의 형성으로부터 화학종을 분리하거나 방지하거나 적어도 억제한다. 전기탈이온화 장치는 전형적으로는 국부적인 부위, 특히 전기분해 반응을 수행하는 지점 또는 표면에서 pH를 상승시킬 수 있는 수산화물 이온을 생성시킨다. 그러한 국부적인 부위 또는 전극 격실에서의 그러한 부위는 전형적으로는 벌크 액체보다 아주 더 높은 pH 상태를 지닌다. 방벽 셀은 수처리 동안 하나 이상의 제거 격실로부터 수송된 스케일-형성 화학종으로부터 그러한 높은 pH 부위를 분리시켜서, 스케일 형성에 대한 잠재성을 억제하거나 이를 적어도 감소시키는 작용을 할 수 있다. 도 1에 예시적으로 예시된 바와 같이, 전기탈이온화 장치(100)는 하나 이상의 침전 가능한 성분, 예컨대, Ca² ⁺를 스케일 형성에 기여하는 성분, 예컨대, OH^-로부터 이온적으로 분리시키는 방벽 셀(130)을 포함할 수 있다. 전형적으로는, 방벽 셀(130 또는 132)중 하나 이상은, 예를 들어, 음이온성 화학종, 예컨대, OH^-의 이동은 허용하면서 인접 격실내로의 양이온성 화학종의 추가의 이동은 억제하는 음이온 선택성 막(140A)에 의해서 부분적으로 또는 전체적으로 규정될 수 있다. 예시된 바와 같이, 방벽 셀(130)은 농축 격실(112)에 인접되게 배치될 수 있다. 하나 이상의 그러한 방벽 셀은 또한 추가로 부분적으로는 양이온 선택성 막(140C)에 의해서 규정될 수 있다. 이러한 방식에서, 예를 들어, 침전 가능한 화합물, 예컨대, Ca² ⁺의 성분이, 장치(100)의 작동 동안 수산화물 화학종을 전형적으로 생성시키는 높은 pH의 국부적인 부위를 지닌 격실, 예컨대, 전극 격실(120)내로 도입되는 것으로부터 보호될 수 있다.

본 발명의 다른 구체예는 중성이거나 약간 이온화되거나 적어도 이온화 가능한 화학종, 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 실리카, SiO₂를 분리시키는 하나 이상의 방벽 셀을 포함할 수 있다. 실리카는 농도가 충분히 높은 경우 또는 pH 변화가 발생하는 경우, 예컨대, 높은 pH에서 중성 pH로 변화되는 경우에, 벌크 액체로부터 침전될 수 있다. 전기탈이온화 장치에서, 실리카는 전형적으로는 이의 이온화된 상태에 있는 동안 높은 pH에서 제거된다. 하나 이상의 방벽 셀(132), 바람직하게는 특정 종류의 화학종에 대해서 선택적인 셀이 전기탈이온화 장치(100)의 애노드 격실(122)을 이온적으로 분리시키도록 배치될 수 있으며, 수소 이온이 전형적으로 생성되며, 후속하여, 그 내부에서 흐르는 낮은 pH 또는 중성 pH 액체를 지닐 수 있다. 실리카가 음이온 선택성 막(140A)을 통해서 제거 격실(114)로부터 농축 격실(112)내로 이동하는 경우, 그러한 실리카는 내부에서 흐르는 높은 pH 액체를 함유한 방벽 셀(132)에 의해서 추가의 이동이 트래핑되거나 억제될 수 있으며, 중성 또는 거의 중성의 pH를 지닌 낮은 또는 중성 pH 격실내로의 추가의 이동이 억제될 수 있고, 그에 의해서, 실리카 스케일로 중합되는 가능성이 저하될 수 있다. 셀(130)과 유사한 셀(132)은 양이온 선택성 막(140C)과 음이온 선택성 막(140A)에 의해서 일부 또는 전부가 규정될 수 있다. 사실, 본 발명의 방벽 셀중 어느 셀은 바람직하게는 또한 히드록실 화학종을 트래핑할 수 있기 때문에, 그 내부의 유체의 생성되는 높은 pH 수준은 유리하게는 실리카를 그 이온화된 상태로 유지시킬 수 있다. 따라서, 방벽 셀(132)은 pH-침전 가능한 화학종을 트래핑하고, 그러한 화학종의 침전을 방지 또는 적어도 억제하는 작용을 할 수 있다. 방벽 셀(132)은 또한 음이온 교환 매체와 양이온 교환 매체 또는 이들 둘의 혼합물을 적어도 부분적으로 함유할 수 있다. 추가로, 방벽 셀중 하나 이상은 전기탈이온화 장치의 조립을 용이하게 할 수 있거나, 예를 들어, 장치의 작동 동안, 바람직한 특성, 예컨대, 저항 또는 흐름 분포를 제공할 수 있는 불활성 매체 또는 그 밖의 충전물질을 추가로 포함할 수 있다. 유사하게, 농축 격실, 제거 격실, 및 전극 격실중 하나 이상은 음이온 및 양이온 교환 매체의 혼합물을 적어도 부분적으로 함유할 수 있다. 사실, 농축 격실 및 전극 격실내의 음이온 및 양이온 교환 매체의 혼합물은 선택성 막으로부터 제거되는 침전 가능한 화학종의 수송을 촉진함으로써 스케일링 잠재성을 저하시키고, 이는 단일 유형의 활성 교환 매체를 함유한 격실 또는 격실의 일부 부위에서 발생할 수 있는 이온성 화학종의 축적을 피하게 한다.

본 발명의 일부 구체예에서, 애노드 격실은 실질적으로 산화 내성 기재로 구성된 매체를 적어도 부분적으로 함유할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 내구성의 높은 가교 결합된 이온 교환 수지, 예컨대, 시판중의 양이온 수지가 산화환경이 존재할 수 있는 애노드 격실에 사용될 수 있다. 추가로, 애노드 격실에서 사용되는 경우의 양이온 교환 수지는 산화성 염소로 전환될 수 있는 클로라이드 이온의 애노드 표면으로의 수송을 방지하거나 억제할 수 있다.

본 발명의 장치는 CaCO₃로서 1mg/L 초과의 경도 또는 1mg/L 초과의 실리카 함량, 또는 이들 둘 모두를 지니는 물을 처리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치 및 기술은 통상의 작동 제한으로 한정되지 않으며, 처리 시스템에 사용되는 경우, 처리되는 물을 연화시키거나 실리카를 제거하도록 하는 하나 이상의 유닛 작동을 없앨 수 있다. 이러한 사항은 유리하게는 자본 및 작동 비용을 감소시키면서 처리 시스템의 신뢰성 및 이용성뿐만 아니라 용량을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 하나 이상의 전기탈이온화 디바이스를 포함하는 본 발명의 처리 시스템은 투-패스(two-pass) 역삼투(reverse osmosis(RO) 서브시스템 없이 물을 처리할 수 있으면서, 투-패스 RO 디바이스를 이용하여 전기탈이온화 디바이스 전에 경도 유발 성분 및 실리카의 농도를 제거 또는 감소시키는 시스템과 동일한 또는 그에 견줄만한 품질을 지니는 물을 제공할 수 있다.

본 발명의 추가의 특징은 내부에 층화된 매체를 지니는 하나 이상의 제거 격실 및/또는 하나 이상의 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치와 연루될 수 있다. 예를 들어, 전기탈이온화 디바이스(100)의 하나 이상의 제거 격실(112)은 제 1 입자층(112A)을 포함할 수 있으며, 그러한 입자의 일부 또는 전부는 제 1 표적 화학종, 전형적으로는 이온화된 화학종의 수송 또는 이동을 촉진하는 활성 매체이다. 제거 격실(112)은 추가로 제 1 표적 화학종 및 제 2 표적 화학종, 또는 이들 둘 모두의 수송을 촉진하는 활성 매체를 부분적으로 또는 전체적으로 포함하는 제 2 층(112B)을 추가로 포함할 수 있다. 제 1 층(112A)은 제 1 유효 직경을 지니는 입자를 포함할 수 있으며, 제 2 층(112B)은 제 2 유효 직경을 지니는 입자를 지닐 수 있다. 추가로, 구체예는 제거 격실(112)내에 제 3 층(112C)을 포함할 수 있다. 제 3 층(112C)은 제 3 유효 직경을 지니는 활성 또는 불활성 매체, 또는 이들 둘의 혼합물을 지닐 수 있다. 유효 직경은 입자의 가장 작은 치수일 수 있다. 대안적으로, 유효 직경은 전체 입자의 평균 직경일 수 있으며, 예를 들어, 비교 가능한 용적 및 표면적의 유사한 구체의 계산된 직경일 수 있다. 예를 들어, 층내의 입자의 유효 직경은 입자의 표면적 또는 입자의 최소 치수의 평균에 대한 입자의 용적 비율의 함수일 수 있다. 바람직한 구성에서, 하류층 중의 입자는 상류층 중의 입자의 유효 직경 미만인 유효직경을 지닌다. 예를 들어, 층(112C)을 구성하는 입자는 층(112B)을 구성하는 입자의 유효 직경보다 더 큰 유효 직경을 지니는 구형 입자일 수 있다. 임의로, 층(112A)을 구성하는 입자의 유효 직경은 층(112B) 또는 층(112C)내의 입자의 유효 직경 보다 클 수 있다. 농축 격실중 하나 이상dl 유사하게 층화될 수 있다.

바람직한 구체예에서, 상류층 중의 입자는 적어도 하류층의 입자들 사이의 공간의 치수인 유효 직경을 지닌다. 추가의 구체예에서, 상류 입자는 제거 격실(112)의 출구를 규정하는 분배기(160)의 구멍의 최소 치수보다 작은 유효 직경 또는 최소 치수를 지닌다. 분배기(160)는 격실 내의 매체를 보유하는 작용을 하는 스크린일 수 있다. 따라서, 매체를 함유하는 제거 격실 및 농축 결실 각각은 그를 통한 유체 흐름이 가능하면서 매체를 보유하는 하나 이상의 분배기 및 상류층에 입자를 보유하는 크기인 매체의 층을 지닐 수 있다.

분배기의 구멍 또는 개구는 전형적으로는 약 500㎛ 내지 약 700㎛의 직경을 지니는 수지를 보유하도록 설계된다. 본 발명의 일부 구성에서, 장치 전체에 걸친 질량 전달 운동(kinetics)을 개선시키는 구멍 치수보다 더 작은 치수를 지니는 음이온 및 양이온 교환 수지가 이용될 수 있다. 추가로, 더 작은 이온 교환 수지는 격실내의 팩킹을 개선시킬 수 있고, 격실벽을 따른 채널링(channeling) 또는 우회흐름의 가능성을 감소시킨다. 조밀하게 팩킹된 구체 또는 거의 구형의 입자는 구체의 반경의 약 0.414 배의 간극 공간을 지닌다. 따라서, 상류 수지의 유효 직경은 바람직하게는 그러한 치수보다 작지 않다. 예를 들어, 약 62㎛ 내지 약 83㎛의 유효 직경을 지니는 미세 매쉬(fine mesh) 수지 비드가 약 300㎛ 내지 약 400㎛의 직경을 지니는 수지 비드층과 함께 상류층에 사용될 수 있다. 층들 중 어느 층은 격실의 어떠한 적합한 부분을 포함할 수 있다. 상류층의 깊이는 요구된 성능의 제공에 좌우될 수 있다. 추가로, 유리한 구성은 더 큰 음이온 수지 비드와 함께 더 작은 유효 직경 또는 치수를 지니는 양이온 수지 비드를 사용하여 양이온 이동 활성을 촉진하는 것을 고려한다. 주목할 만한 배열은 하부 하류 매체로서 활성 수지를 사용하는 것으로 제한되지 않으며, 발명은 하나 이상의 하류층에 불활성 매체를 사용함으로써 수행될 수 있다.

층들 사이의 계면은 작은 수지 비드와 큰 수지 비드의 구배를 구성할 수 있다. 따라서, 층들 사이의 경계는 특별히 설명하지 않는다. 또한, 그 밖의 구성이 더 큰 수지와 혼합된 미세 메쉬 수지 비드의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 내부에 함유된 층화된 매체를 지닌 하나 이상의 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전기탈이온화 디바이스(200)는 하나 이상의 농축 결실(214)과 하나 이상의 제거 격실(212)를 지닐 수 있다. 농축 격실(214)중 하나 이상은 제 1 층(215) 및 제 2 층(216)을 지닐 수 있다. 비교적 순수한 물, 예컨대, RO 투과액을 처리하는 전기탈이온화 디바이스에서, 전류 효율은 전형적으로는 100% 미만인데, 그 이유는 물 분해(water splitting) 및 생성된 수소와 히드록실 이온의 수송 때문인 것으로 여겨진다. 이는 국소 pH 변동을 유발시킬 수 있으며, 스케일 형성을 촉진시킬 수 있으며, 특히, 히드록실 화학종이 중탄산염 화학종 또는 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘 스케일을 형성하는 탄산염 이온을 형성시키는 경우에 스케일 형성을 촉진시킬 수 있다.

예를 들어, 전형적인 전기탈이온화 장치에서, 중탄산염 이온은 격실의 입구 근처의 음이온 교환 막을 통해서 전달되지만, 막으로부터 더 이동하는 것은 억제될 수 있다. 물 분해가 발생하는 경우, 음이온 교환 막을 통해서 수송된 히드록실 화학종은 중탄산염 화학종과 반응하여 탄산염을 형성시킬 수 있으며, 그러한 탄산염은 칼슘과 반응하여 탄산칼슘 스케일을 형성시킨다.

농축 격실중 하나 이상의 격실 내의 층들을 이용함으로써, 표적 화학종이 스케일을 덜 형성하는 장소로 유도될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 음이온 교환 매체층(215)은 농축 격실(214)의 입구 주위에 배치되어 중탄산염 화학종의 이동을 촉진시킬 수 있다. 중탄산염 화학종의 적어도 일부가 음이온 교환 막(240A)을 통해서 수송된 후에, 이는 음이온 수지층(215)을 통해서 촉진되고, 양이온 선택성 막(240C)을 향해서 운동한다. 양이온 선택성 막(240C)을 통해서 통과하는 경도 이온이 존재하는 경우에도, 유체의 pH는 그러한 막 주위에서 비교적 낮고, 이는 탄산염의 형성 가능성을 감소시킨다.

제거 격실(212)과 농축 격실(214)의 다른 하나 이상의 층(216)은 혼합된 음이온 교환 및 양이온 교환 매체를 함유할 수 있다.

스케일 형성을 추가로 감소시키거나 억제시키기 위해서, 매체층이 농축 격실의 유로를 따라서 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 농축 셀은 이온 교환 매체의 제 1 영역(314A) 및 이온 교환 매체의 제 2 영역(314B)을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 제 1 영역 및 제 2 영역은 경계(350)에 의해서 표시된 바와 같이 격실의 길이를 따라서 선형으로 분포될 수 있거나, 구배 경계(351)에 의해서 설명된 바와 같이 영역(315C) 및 영역(315D)에서 이온 교환 매체의 증가 또는 감소량의 유형의 구배일 수 있다.

제 1 영역 또는 제 2 영역은 음이온 교환 매체, 또는 양이온 교환 매체로 이루어지거나, 이를 를 필수 구성 요소로 포함할 수 있다. 예를 들어, 영역(314A)은 음이온 교환 매체를 포함하는 영역(314B)를 양이온 선택성 막(340C)으로부터 실질적으로 분리시키는 양이온 교환 매체를 포함할 수 있다. 실질적으로 분리는, 일부의 경우에, 영역과 막 사이에 배치되어 분리 영역이 음이온성, 양이온성 또는 불활성일 수 있는 한 유형의 매체를 포함하거나 이를 필수 구성 요소로 하게 함을 나타낸다.

일부의 경우에, 제 1 영역 또는 제 2 영역은 상이한 양 유형의 이온 교환 매체의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 영역(315C)은 양이온 선택성 막(340C)에 인접한 양이온 교환 매체를 포함하거나, 이를 필수 구성요소로 하거나, 이로 이루어질 수 있으며, 영역(315D)은 음이온 교환 매체를 포함하거나, 이를 필수 구성요소로 하거나, 이로 이루어질 수 있고, 여기서, 양이온 교환 매체에 대한 음이온 교환 매체의 양은 유로 길이 또는 길이 치수를 따라서 증가하거나 감소하여, 영영들 사이의 경계가 구배 경계(351)로 규정되게 한다. 또 다른 구체예에서, 매체의 제 3 영역(도시되지 않음)은 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 배치될 수 있다. 제 3 영역은 불활성 매체, 양이온 교환 매체, 음이온 교환 매체, 혼합된 매체, 또는 이들의 혼합물을 포함하거나, 이를 필수 구성요소로 하거나, 이로 이루어질 수 있다. 추가로, 하나 이상의 스크린이 영영들 사이에 또는 영역들 내에 사용되어 장치의 격실 충전을 용이하게 할 수 있으며, 이는 작동 동안 흐름 분포를 또한 개선시킬 수 있고, 추가로 스케일 형성을 억제할 수 있다. 조립 및 충전은 또한 결합제를 사용하여 각각의 영역의 매체를 고정함으로써 촉진될 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역의 매체는 수용성 결합제, 예컨대, 전분과 혼합될 수 있다. 이어서, 혼합물을 격실에 넣을 수 있다. 제 2 영역의 매체의 제 2 혼합물이 유사하게 제조되고 격실에 배치될 수 있다.

영역(314B)은 음이온 선택성 막(340A)으로부터의 음이온성 화학종, 예컨대, 중탄산 이온의 수송을 촉진하고, 영역(315C)은 음이온 선택성 막(340C)으로부터의 양이온성 화학종, 예컨대, 칼슘 이온의 수송을 촉진한다. 따라서, 그러한 분리 영역은 막 표면 주위의 스케일 형성 가능성을 감소시킨다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제거 격실(312)은 제 1 매체층(312A), 제 2 매체층(312B), 및 임의로, 제 3 매체층(312C)을 포함할 수 있다. 제 1 층은 음이온 교환 매체, 양이온 교환 매체, 또는 불활성 매체의 혼합물을 포함할 수 있다. 제 2 층은 음이온 교환 매체 또는 불활성 매체 또는 이들의 혼합물을 포함하거나, 이를 필수 구성요소로 하거나, 이로 이루어질 수 있다. 제 3 층은 음이온 교환 매체, 양이온 교환 매체, 불활성 매체 또는 이들의 혼합물을 포함하거나, 이를 필수 구성요소로 하거나, 이로 이루어질 수 있다.

본 발명의 추가의 특징은 전기탈이온화 장치의 하나 이상의 농축 격실에서 흐르는 스트림의 pH를 변화시키는 시스템 및 기술을 포함한다. 스트림의 pH는 농축 격실 및 전극 격실중 하나 이상에 산성 용액을 생성시키고 첨가함으로써 스케일 형성의 가능성을 감소시키도록 저하될 수 있다. 산성 용액은 전기분해 모듈을 사용함으로써 생성되거나 제조될 수 있다. 추가의 스케일 억제 또는 관용(tolerance)은 농축 액체의 탈기(degasification)에 의해서 수행될 수 있다. 미국 캘리포니아 서니베일 소재의 디오넥스 코포레이션(Dionex Corporation)으로부터 구입할 수 있는 모듈과 같은 산 성성 모듈이 사용될 수 있다.

전형적으로는 전기탈이온화 디바이스가 낮은 경도를 지니는 액체를 처리할 수 있다. 이러한 제한은 전기탈이온화 디바이스내로의 유입 공급수를 탄산칼슘으로서 1ppm 또는 그 미만의 경도 수준으로 제한한다. 1ppm 초과의 경도 값을 지니는 물을 처리하기 위해서, 전형적으로는, 전처리 과정, 예컨대, 투-패스 RO 또는 연화기 RO가 사용된다. 추가의 전처리 유닛 작동은 시스템 복잡성 및 비용뿐만 아니라 폐기물을 증가시킨다. 그러나, 본 발명의 전기탈이온화 디바이스는 더 높은 경도 수준을 지니는 물을 용이하게 처리하여, 그러한 전처리 작동에 대한 의존을 제거하거나 감소시킬 수 있다.

칼슘 침전을 감소시키기 위한 전기투석 디바이스의 농축 격실내로 산성 용액을 첨가하는 것이 공지되어 있지만; 전기탈이온화 디바이스에의 산성 용액의 첨가는 실시되지 않는데, 그 이유는 농축물 격실, 특히 두꺼운 셀 격실 내의 스트림의 낮은 유속 때문이다. 추가로, 고품질의 산이 통상적으로 요구된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 처리 시스템(400)은 격실, 전형적으로는, 공급원(411)으로부터 처리되는 물을 수용하도록 배치된 전기탈이온화 디바이스(445)의 농축 격실(414)내로 도입되는 산 용액을 생성시키는 전기화학적 디바이스(435)를 포함할 수 있다. 전기탈이온화 디바이스(445)로부터의 처리된 생성물 물의 일부가 전기화학적 디바이스(435)의 산-생성 격실(472)내에서 산 용액을 생성시키는 것을 촉진시키는데 사용될 수 있다. 처리되는 물의 적어도 일부가 사용 지점(413)에 전달될 수 있다. 예를 들어 연화기 염수 탱크로부터의 염을 포함한 염수 용액의 공급원(462)이 전기분해 모듈내로 도입되어 산 용액 생성을 촉진시킬 수 있다. 전기화학적 디바이스(435)는 전기탈이온화 디바이스(445)의 일부일 수 있다. 염수 용액은 전형적으로는 염화나트륨을 포함한다.

일부의 경우에, 산성 용액은 제거 및 농축 격실(412 및 414)중 하나 이상의 격실뿐만 아니라 전기탈이온화 디바이스(445)의 전극 격실내로 도입될 수 있다. 바람직하게는 산성 용액은 격실을 빠져나오는 스트림 용액의 pH가 약 2.5 내지 4.3 단위가 되도록 하는 양으로 첨가된다. 추가의 구체예는 전기탈이온화 디바이스(445)로부터의 하나 이상의 스트림을 중화시킴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기분해 모듈(435)의 격실(472)로부터 생성된 염기성 용액은 합해져서, 드레인(463) 또는 환경으로 방출되기 전에, 농축 격실(414)로부터의, 전형적으로 낮은 pH를 지닌 출구 스트림을 중화시킬 수 있다.

이산화탄소를 제거하기 위한 농축물 스트림의 탈기는 농축 격실내의 침전 잠재성을 추가로 감소 또는 제거할 수 있다. 탈기는 탈기 디바이스의 추가에 의해서 또는 막 과정 또는 그 밖의 방법에 의해서 수행될 수 있다. 탈기는 농축 격실에서 산성 용액을 사용하는 경우에 관련될 수 있으며, 그 이유는 막을 통해서 역으로 확산되고 생성물 품질을 감소시킬 수 있는 이산화탄소 가스의 잠재적 형성 때문이다. 추가로, 격실내의 스트림의 흐름은 역류로 흘러서 가스 제거를 촉진시킬 수 있다.

펌프 및 임의로 탱크를 사용하는 농축물 격실의 재순환이 본원에 기재된 산성화 및 탈기에 의해서 스케일 억제를 추가로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 부품, 배열 및 기술은 또한 전기탈이온화 디바이스내의 개선된 전류 분포를 제공할 수 있다. 도 5에 개략적으로 예시된 바와 같이, 전극(520)과 전극(522) 사이의 전기탈이온화 장치(500)을 통한 전류 저항은 제거 및 농축 격실(512 및 514)을 나타내는 일련의 격실 저항(573, 575 및 577) 및 음이온 선택성 막(540A)과 양이온 선택성 막(540B)을 나타내는 막 저항(584, 586, 및 588)에 의해서 특성화될 수 있다. 전기탈이온화 장치(500) 전체에 걸친 개선된 전류 분포는 적어도 일부가 다른 격실, 예컨대, 농축 격실의 유효 전류 저항보다 큰 유효 전류 저항(580)을 지니는 하나 이상의 농축 격실(516)을 사용함으로써 수행될 수 있다.

격실 또는 그의 일부의 유효 전류 저항은 농축 격실에서 불활성 수지 비드 또는 낮은 또는 비-전도성 물질을 혼합함으로써 변화될 수 있다. 유효 전류 저항을 선택적으로 증가시키면 다른 격실 전체에 보다 균일한 전류 분포를 유도한다. 제거 격실 전체에 걸친 감소된 전류 변화는, 예를 들어, 전체 성능을 개선시킨다.

전기탈이온화 디바이스에서, 전기 저항은 디바이스내의 매체의 유형뿐만 아니라 그들 매체의 활성 화학적 형태, 즉, 어떠한 이온이 매체를 통해서 이동하는지에 좌우될 수 있다. 층화된 베드 격실에서, 저항은 전형적으로는 층들 사이에 다른데, 그 이유는 상이한 수지 유형 및 수지의 형태 때문이다. 전형적으로는, 강하게 하전된 화학종 또는 이온이 동기화되고, 물 분해 현상 및 약한 이온 촉진이 뒤따른다. 따라서, 격실 입구 근처의 매체 수지는 공급수 중의 표적 화학종과 교환하면서 출구 근처의 매체는 대부분 수소 및 수산화물 형태일 수 있다. 전형적으로는, 대부분의 강하게 하전된 이온은 제거되어야 하며, 이는 공급 농도 및/또는 흐름이 충분히 높은 경우 또는 전류가 충분히 낮은 경우에는 수행될 수 없다.

격실내의 저항은 그 층들 사이에 또는 베드의 길이를 따라서 변화될 수 있으면, 전류 밀도가 또한 그에 따라서 변화될 수 있다. 그러나, 전체 모듈을 통한 저항은 바로 제거 격실의 저항의 함수가 아닐 수 있다. 제거 격실은 막 및 농축 격실 및 전극 격실과 전기적으로 직렬이고, 이는 그들의 길이를 따라서 저항을 변화시키거나 변화시키지 않을 수 있다. 제거 격실의 저항이 모듈 전체에 걸친 전체 저항의 작은 부분인 경우, 그리고, 그러한 저항이 현저하게 변화되는 경우에도, 전체 저항은 다른 인자에 의해서 영향을 받을 것이며, 전류 분포는 보다 균일할 것이다. 그러나, 제거 격실이 다른 저항에 비해서 높은 경우, 전류 분포는 제거 격실 내의 저항 차이에 영향을 받을 것이다.

전형적인 전기탈이온화 디바이스는 스크린 충전된 농축 및/또는 전극 격실을 통합하고 있다. 그러한 구성에서, 이들 격실내의 물의 저항은 대부분 경우에 있어서의 제거 격실에서의 수지의 저항에 비해서 매우 더 크며, 그에 의해서, 전류 분포는 일반적으로 제거 격실의 저항에 의해서 조절되지 않는다. 농축 격실 및 전극 격실을 수지로 충전시키는 것뿐만 아니라 낮은 저항 이온 교환 막을 사용하는 것은 전체 모듈 저항을 현저하게 감소시킨다. 그러나, 특정의 환경에서, 이러한 구성은 모듈 저항이 제거 격실의 저항에 의해서 좌우되게 됨에 따라서 고르지 못한 전류 분포를 유도할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일부 구체예에서, 스크린 충전된 농축 및 전극 격실은 고르지 못한 전류 분포를 최소화시킬 수 있다. 그러나, 대부분의 과거 RO 적용에서, 물은 아주 낮은 전도성을 지녀서 높은 모듈 저항을 유도한다. 이러한 높은 저항은 전위 한계가 존재하는 경우에 추가로 제한을 생성시킨다. 반면, 본 발명은 농축 격실내로 흐르는 스트림으로의 염수 주입을 하지 않으면서 동일한 성능을 제공하여 작동 비용 및 공정 복잡성을 감소시킨다.

주지된 바와 같이, 충전제로서 하나 이상의 농축 격실 및/또는 전극 격실내의 불활성 수지를 혼합하는 것은 그들 격실에서의 저항을 증가시킬 수 있으며, 이는 모듈 전체에 걸친 전류 분포를 개선시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 격실(516)은 높은 유효 저항(580)을 제공하도록 불활성 수지를 포함할 수 있으며, 그를 통해서 다른 격실 및 막의 총체적인 저항을 제어한다. 우세한 저항이 전체 저항을 제어하기 때문에, 다른 격실 전체에 걸친 유효 전류 분포는 더 균일하게 된다. 불활성 수지의 양은 유효 저항을 증가시키고 장치 전체에 걸친 전류 분포를 변화시키도록 변할 수 있다. 불활성 수지는 또한 하나 이상의 농축 격실 및 전극 격실에 층들로 사용되어 희석된 저항이 낮은 것으로 결정되는 특정의 비율로 저항을 국소적으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 영역(512) 전체에 걸친 전류 분포는 격실(515)내에 더 높은 저항 층을 사용하여 격실(515)의 층의 유효 저항(573)이 증가되게 함으로써 장치의 영역(511) 전체에 걸친 전류와 매칭되거나 그러한 전류와 비교할만할 수 있다. 저항의 양은 사용된 불활성 수지에 대한 유효 저항을 실험적으로 측정함으로써 측정될 수 있다.

낮은 전도성을 지닌 그 밖의 물질, 예컨대, 폴리머 스크린 또는 섬유 물질이 사용되어 상기 주지된 불활성 수지 비드와 함께 저항을 증가시킬 수 있다.

전기탈이온화 장치는 90 내지 95%의 최대 회수율로 제한되어 공급수 중의 제한된 용해성 화학종, 예컨대, 경도 물질 및 실리카의 스케일 형성을 방지할 수 있다. 공급수가 아주 적은 양의 이들 화학종을 함유하는 경우, 디바이스는 높은 회수율로 작동할 수 있어야 한다. 본 발명의 일부 특징은 농축 격실을 통해서 다중 통과하여 회수율을 제공하는 전기탈이온화 장치를 포함한다. 다중 통과 구성은 재순환 펌프 및 루프 없이 소정의 속도를 유지하는 것을 용이하게 한다. 그러나, 본 발명은 바람직하게는 공급수 이온 농도는 낮으며 아주 높은 회수율이 고순도 물의 폐기 또는 배출 및/또는 후처리 시스템의 작동 시간의 증가를 피하기 위해서 요구되는 경우의 적용에서 재순환 루프와 함께 사용될 수 있다. 본 발명의 전기탈이온화 장치의 일부 구체예에서, 유체 유속은 격실내의 사용적(dead volume), 채널링 및 편재된 과열 생성의 가능성을 감소시키기에 충분하다. 예를 들어, 격실에서의 요구된 유체 유속은 농축 격실내 평방 피트당 약 2 갈론/분 이상일 수 있다. 다른 유체 유속이, 이로 한정되는 것은 아니지만, 침전되는 화합물의 성분의 농도, 유체의 온도 및 유체의 pH를 포함한 다른 인자에 의해서 결정될 수 있다. 낮은 속도는 채널링을 유도할 수 있다.

도 6은 전극 격실(630)과 격실(632) 사이에 제거 격실(614) 및 농축 격실(612)을 포함하는 전기탈이온화 장치(600)의 일부를 개략적으로 도시하고 있다. 배열 및 구성은 본 발명의 처리 장치 및 시스템에서 하나의 제거 격실에 관련된 다수의 농축 격실 통로를 제공하고 있다. 그러한 구성은 농축 격실에서의 증가된 액체 흐름 속도를, 바람직하게는 단일 통로 디바이스의 유속보다 5배까지 가능하게 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 공급원(615)로부터의 물은 농축 격실(612)내로 순차적으로 도입되고 하류 농축 격실(612B)로 유도되고, 이어서, 격실(612C)로 및 드레인으로 또는 하류 유닛 작동(625)으로 유도된다.

처리되는 물은 제거 격실(614)내로 도입되고 격실(612, 612A 및 612B)을 통한 물의 흐름을 따르거나 트랙킹하지 않으면서 사용지점으로 유도된다. 그러나, 본 발명은 제거 격실의 수에 대한 연관된 농축 격실의 수에 제한되지 않으며, 농축 격실 대 제거 격실의 어떠한 비율이 이용되어 격실 전체에 걸친 요구된 높은 유체 유속을 제공할 수 있다.

혼합된 층들 또는 격실 내의 상이한 크기의 양이온 및 음이온 교환 수지 비드는 더 큰 비드 카운터-이온의 수송속도를 추가로 감소시키고 더 작은 비드 카운터-이온의 수송을 촉진하도록 사용될 수 있다.

이온 수송은 전형적으로는 이온 교환 수지 전체에 걸쳐서 발생된다. 따라서, 성공적인 수송은 비드와 막 사이의 유사한 물질의 전체 경로에 의존할 수 있다. 양이온성 화학종은 전형적으로는 양이온 수지 비드내로 확산되고, 양이온 선택성 막에 도달하고 농축 격실 내로 통과할 때까지 양이온성 매체의 경로를 따라 캐소드를 향해 운동하는 경향이 있다. 경로가 파괴되는 경우, 양이온성 화학종은 최종 비드로부터 벌크 용액내로 확산되어서, 후에 베드에 포착되는 기회를 감소시키고 생성물 물에서 종료되는 기회를 증가시켜야 할 것이다. 경로는 불량한 팩킹에 의해서 파괴되어 비드가 양호하게 접촉하지 않거나 반대 하전의 비드에 의해서 파괴될 수 있게 한다.

비교적 얇은 셀을 사용하거나 수지를 빽빽하게 팩킹하는 것은 요구된 경로를 유지하는 확율을 증가시킬 수 있다. 유사하고 비교적 균일한 크기의 양이온 및 음이온 교환 수지를 사용하는 것은 또한 요구된 경로를 유지할 가능성을 증가시킬 것이다. 그러나, 상이한 크기의 양이온 및 음이온 교환 수지를 사용하는 것은 전달을 차단할 것이다.

일부의 경우에, 양이온 또는 음이온중 하나의 수송을 억제하는 것이 유일할 수 있다. 혼합된 베드내의 한 가지 유형의 수지의 크기를 선택적으로 감소시킴으로써, 더 작은 비드 카운터-이온의 전달이 보다 완벽한 경로로 인해서 향상되지만, 더 큰 비드 카운터-이온의 전달은 완전한 경로가 거의 없어서 저지될 것이고, 그 이유는, 더 작은 비드의 크기가 더 큰 비드의 크기의 일부에 가까움에 따라서, 더 작은 수지 비드가 더 큰 비드 주위에 팩킹되는 경향이 있고, 이는 하나의 큰 비드에서 다음의 큰 비드에 이르는 경로를 단절시키고 파괴하기 때문이다. 이러한 현상은 또한 큰 이온 교환 수지 비드 및 작은 이온 효관 수지 비드의 상대적인 비율에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 50부피%의 작은 비드의 혼합은 25부피% 또는 75부피%의 작은 비드의 혼합물과는 아주 상이하게 이온수송에 영향을 줄 것이다.

매체의 크기 및 혼합 비율이 적절히 선택되어 표적 또는 선택된 유형의 이온의 수송이 저하되고, 상이한 유형의 수송이 증가하면, 수소 또는 히드록실 이온이 전기적 중성을 유지하도록 선택되어야 한다. 예를 들어, 양이온 수지를 필수 구성요소로 하는 베드가 도 7A에 도시된 바와 같이 제거 격실에 사용되는 경우, 양이온성 화학종이 양이온 교환 수지 비드(731)와 양이온 막(740C)을 통해서 인접 농축 격실내로 이동할 것이다. 물은 음이온 선택성 막(740A)의 부위(766)에서 분해되어 제거 격실에서 이동하는 양이온과 대체되는 수소 이온, 및 인접 농축 격실 내로 이동하고 다른 제거 격실(도시되지 않음)로부터 이동하는 양이온성 화학종을 중화시키는 히드록실을 생성시킨다. 이러한 현상은 음이온 막과 양이온 비드 사이에 비교적 작은 접촉면적이 존재하는 양이온 막의 표면상에서 물을 분해하는 능력에 좌우된다. 도 7B에 예시된 바와 같이, 더 큰 음이온성 교환 수지 비드(734)와 함께 더 작은 양이온성 교환 수지 비드(733)를 사용하는 것은 음이온성 화학종의 수송속도를 감소시킨다. 추가로, 상이한 수지 비드 크기의 사용은 양이온 교환 수지(733)와 음이온 교환 수지 비드(734) 사이의 접촉면에서 추가의 물 분해 부위(766)를 제공하고, 그에 의해서 모듈 전체에 걸친 저항을 감소시킴으로써 성능을 개선시킨다.

예를 들어, 본 발명의 전기탈이온화 장치는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 함유하는 격실을 포함할 수 있으며, 그러한 양이온 교환 수지는 음이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3 배 이상 더 큰 평균 직경을 지닌다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전기탈이온화 장치는 음이온 교환 수지와 양이온 교환 수지의 혼합물을 포함하는 격실을 포함할 수 있으며, 그러한 음이온 교환 수지는 양이온 교환 수지의 평균 직경보다 1.3 배 이상 더 큰 평균 직경을 지닌다.

본 발명의 추가의 특징은 전기탈이온화 디바이스에서 물을 처리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 방법은, 일부 구체예에서, 음이온성 및 양이온성 화학종을 지니는 물을 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실내로 도입하는 단계, 제거 격실과 전기탈이온화 디바이스의 캐소드 격실 사이에 배치된 제 1 방벽 셀내로의 양이온성 화학종의 일부 또는 전부의 수송을 촉진시키는 단계, 및 제거 격실과 전기탈이온화 디바이스의 애노드 격실 사이에 배치된 제 1 방벽 셀내로의 음이온성 화학종의 일부 또는 전부의 수송을 촉진시키는 단계중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 디바이스의 하나 이상의 격실 또는 하나 이상의 격실의 일부의 유효 저항을 조정함을 포함할 수 있다.

본 발명의 추가의 특징은 제거 격실과 농축 격실을 지니는 전기탈이온화 디바이스에서 물을 처리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 그러한 방법은 처리되는 물을 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실로 도입하는 단계 및 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실로부터 농축 격실로의 바람직하지 않은 화학종의 수송을 촉진시키는 단계를 포함하며, 그러한 농축 격실은 제 1 음이온 교환 매체층 및 제 1 층의 하류에 배치된 제 2 층을 함유할 수 있으며, 그러한 제 2 층은 음이온 교환 매체와 양이온 교환 매체의 혼합물을 포함하고, 제 1 층은 제 2 층의 유효저항과 거의 동일한 유효 저항을 지닌다.

본 발명의 다른 특징은 전기탈이온화 디바이스에서 물을 처리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 그러한 방법은 바람직하지 않은 화학종을 지닌 처리되는 물을 전기탈이온화 디바이스의 제거 격실내로 도입하는 단계; 제거 격실로부터 전기탈이온화 디바이스의 농축 격실로의 바람직하지 않은 화학종의 수송을 촉진시켜서 처리된 물을 생성시키는 단계; 보조 모듈에서 산 용액을 전기분해방법으로 생성시키는 단계; 및 산 용액의 일부 또는 전부를 농축 격실내로 도입하는 단계를 포함한다. 농축 격실 및/또는 제거 격실의 유효 저항은 바람직하게는 그 액체 유로 길이를 따라서 실질적으로 균일하다. 산 용액을 전기분해방법으로 생성시키는 것은 할라이드 염 용액을 보조 모듈내로 도입함을 포함할 수 있다. 방법은 추가로 산 용액을 생성시키면서 보조 모듈에서 염기성 용액을 생성시킴을 포함할 수 있다. 방법은 추가로 농축 격실로부터의 출구 스트림을 염기성 용액으로 중화시킴을 포함할 수 있다. 방법은 추가로 처리된 물의 일부를 염수 용액과 혼합하고 혼합물을 보조 모듈내로 도입함을 포함할 수 있다. 방법은 농축 격실내의 액체의 일부 또는 전부를 탈기시킴을 추가로 포함할 수 있다. 산 용액을 농축 격실내로 도입하는 것은 4.3 미만의 pH를 지니는 산성 용액을 농축 격실내로 도입함을 포함할 수 있다.

본 발명의 추가의 특징은 병렬 흐흠 유로를 따라서 내부에서 액체가 흐르도록 구성된 다수의 제거 격실; 및 하나 이상의 제거 격실과 이온 소통관계에 있는 다수의 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치로서, 농축 격실의 일부 또는 전부가 직렬로 배열되고, 바람직하게는 농축 격실이 전체에 걸쳐서 실질적으로 동일한 유효 전류 저항을 지니도록 구성된 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 다수의 농축 격실은 전기탈이온화 장치의 단일 유로를 형성할 수 있다.

본 발명의 추가의 특징은 제거 격실; 및 제거 격실과 이온 소통관계에 있으며 음이온 선택성 막과 양이온 선택성 막에 의해서 적어도 부분적으로 규정된 제 1 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치로서, 제 1 농축 격실이 음이온 교환 매체를 실질적으로 포함하는 제 2 영역에 의해서 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되는 양이온 교환 매체를 실질적으로 포함하는 제 1 영역을 적어도 부분적으로 함유하고, 제 1 농축 격실이 제 1 농축 격실의 유효 전류 저항을 요구된 유효 전류 저항으로 조정하는 양으로 전기화학적 불활성 매체를 포함하도록 구성된 전기탈이온화 장치에 관한 것일 수 있다. 제 1 농축 격실의 유효 저항은, 일부의 경우에, 제 2 농축 격실의 유효 전류 저항과 거의 동일하다.

실시예

본 발명의 이들 및 그 밖의 구체예의 기능 및 이점은 이하 실시예로부터 추가로 이해될 수 있으며, 이하의 실시예는 본 발명의 하나 이상의 시스템 및 기술의 이익 및/또는 이점을 예시하고 있지만, 본 발명의 전체 범위를 예시하는 것은 아니다.

실시예 1

본 실시예는 랑게리아 지수(LSI)에 대한 온도 효과를 기재하고 있다.

LSI 값의 계산은 스케일 형성에 대한 잠재성의 측정에 대한 기술분야에서 공지되어 있다. LSI는 pH, 전체 용존 고형물(TDS), 온도, 총경도(total hardness(TH)), 및 알칼리도의 함수이다. 전기탈이온화 장치의 농축 격실 스트림에 대한 이들 파라미터에 대한 하기 산정치를 이용하면, LSI 값에 대한 스트림의 온도가 정의될 수 있고, 9.5 단위의 pH, 30ppm의 TDS, CaCO₃로서 15ppm의 TH, 및 CaCO₃로서 약 25ppm의 알칼리도를 지닌 스트림을 기초로 한 대표적인 상관관계가 도 8에 도시되어 있다.

스트림의 LSI 값이 양의 값이면, 스케일링이 발생되는 듯하다. 스케일링을 억제하기 위해서, 스트림의 LSI 값을 바람직하게는 음의 값으로 감소시킨다. 도 8은 온도가 감소함에 따라서 LSI 값이 12.5℃ 주위에서 제로(0) 미만으로 감소된다. 따라서, 상기된 조건의 경우에, 스트림을 전기탈이온화 디바이스의 농축 격실내로 12.5℃ 미만으로 냉각시키는 것은 스케일 형성의 가능성을 감소시키거나 스케일 형성을 방지한다.

냉각은 전기탈이온화 장치의 상류에서 열 교환기, 또는 냉각기를 열적으로 결합시킴으로써 수행될 수 있다. 장치내로 하나 이상의 스트림으로부터 열 에너지를 제거함을 촉진하는 그 밖의 부품 및 서브시스템이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서 및 제어기가 사용되어 온도 제어 루프를 형성시키고 스트림의 온도를 표적 온도로 유지시키는 것을 촉진할 수 있거나, 또한 유효 LSI 값을 요구된 또는 표적 양으로 감소시킬 수 있다.

표적 온도는 전기탈이온화 디바이스의 농축 격실내로 도입되는 스트림의 온도를 규정함으로써 실험적으로 결정될 수 있거나, 적어도 부분적으로 계산된 LSI 값을 기초로 하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 실험적으로 설정된 표적 온도는 스케일링이 추가로 억제됨을 보장하는 추가의 한계가 있거나 없이 시간이 지남에 따라서 관찰되지 않는 온도이다. 유도된 LSI-온도 관계를 기초로 한 LSI-기재 표적 온도가 규정되고, 이어서, LSI 값 내의 세트 감소(set reduction)와 관련된 표적 온도가 계산된다.

실시예 2

본 실시예에서는, 본 발명의 하나 이상의 특징에 따른 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 수지 비드 크기의 효과가 연구되었다.

한 가지 시험으로, 제거 격실에 575㎛의 평균 비드 직경을 지니는 음이온 수지와 350㎛의 평균 비드 직경을 지니는 양이온 수지의 동일한 혼합물을 사용한 전기탈이온화 모듈이 구성되었다. 이들 수지 둘 모두는 산업 표준에 따른 균일한 입자 크기를 지닌다.

모듈에는 역삼투에 의해서 미리 처리되고, 약 0.5ppm Mg 및 1.5ppm Ca(둘 모두 CACO₃로서)를 함유하며 약 6.1의 pH를 지니는 물이 공급되었다. 모듈은 거의 100% 전류 효율에서 작동하며 생성물 품질은 거의 제로 실리카(zero silica removal) 제거 없이 약 1-2 MΩ-cm이었다.

생성물 물의 경도 수준은 Hach 분광계(<10ppb)에 의해서 측정되는 경우 검출 한계 미만이었고, pH는 약 5.7로 감소되었다. 이는 모듈이 음이온에 대한 양이온의 제거에 선호됨을 나타낸다.

실시예 3

본 실시예에서는, 본 발명의 하나 이상의 특징에 따라 격실에 상이한 비드 크기의 수개의 층을 지니는 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과가 연구되었다.

모듈은 제거 격실에 세 개의 이온 교환 수지층으로 구성되었다. 첫 번째 및 마지막 층은 약 600㎛의 균일한 입자 직경의 양이온 및 음이온 수지의 고른 혼합물로 이루어졌다. 중간 층은 150 내지 300㎛의 입자 직경을 지니는 양이온 교환 및 음이온 교환 수지의 고른 혼합물로 이루어졌다. 모듈 스페이서가 수지를 제위치에 고정하는데 사용되며 254㎛의 폭을 지닌 흐름 분배기 내에 슬롯을 지녔다. 모듈을 압력 강하에서의 변화 없이 수 개월 동안 작동하였으며, 이는 일부가 스페이서 구멍보다 작은 중간층에서의 수지가 수지의 바닥을 통해서 통과하지 않고 모듈을 빠져나가지 않음을 나타낸다.

또한, 작은 수지의 중간층의 부가는 비교할 만한 전기탈이온화 디바이스, 제어 모듈의 성능을 개선시켰다. 모듈은 약 600㎛의 입자 직경을 지니는 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지의 고른 혼합물을 함유하는 격실을 지닌 또 다른 전기탈이온화 모듈과 동시에 작동되었다. 약 30μS/cm의 전도성을 지니며 3.75ppm의 CO₂를 함유하는 역삼투에 의해 전처리된 공급수의 경우, 작은 이온 교환 수지층을 포함하는 모듈은 16.4MΩ-cm의 저항을 지니는 물을 생성시켰지만, 작은 이온 교환 수지층이 없는 다른 전형적인 모듈은 13.5MΩ-cm의 저항을 지니는 물을 생성시켰다. 추가로, 작은 교환 수지층을 포함하는 모듈은 대조 모듈의 경우의 93.2%에 대해 96.6%의 실리카 제거율을 나타냈다.

실시예 4

본 실시예에서는, 농축 격실을 통한 몇 개 또는 다수의 통로를 지닌 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과가 연구되었다.

전기탈이온화 모듈은 4 개의 제거 격실, 세 개의 농축 격실 및 두 개의 전극 격실로 조립되었다. 제거 격실 모두에는 서로 평행하게 처리되는 물이 공급되었다. 농축 격실 및 전극 격실은 질렬로 공급되어서 농축 격실내로 도입된 스트림이 먼저 캐소드 격실에 유입되고, 이어서, 순차적으로 농축 격실을 통해서 및 마지막으로 애노드 격실을 통해서 흐르도록 한다. 이러한 구성은 물 스트림이 전형적으로는 농축 격실로의 물 스트림과 평행하게 전극 격실내로 공급되는 통상의 구성과는 대조된다. 따라서, 모듈은 다섯 개의 유효 농축 격실 통로를 지닌다.

평행 흐름으로 작동하는 표준 모듈("평행 농축물"로서 표지됨)에 대한 성능 데이터와 함께 본 모듈("시리즈 농축물"로서 표지됨)에 대한 데이터가 이하 표 1에 기재되어 있다.

표 1. 다섯 개의 통로를 지닌 모듈에 대한 단일 통로 농축에 의한 모듈의 비교

모듈	병렬 농축	직렬 농축
공급물, μS/cm	30.3	30.3
전기 저항, 오옴(Ohm)	4.3	4.2
생성물 품질, MΩ-cm	3.1	3.6
생성물 흐름, gpm	2.25	2.25
농축물 흐름, gph	7.2	1.2
회수율, %	94.9	99.1
농축물 속도, gpm/ft²	2.0	1.7

데이터는 스트림을 직렬로 연결하여 농축 격실과 전극 격실을 통해서 흐르게 함으로써 유체가 아주 낮은 거부 유속으로 평행하게 작동하는 경우의 유체와 유사한 속도로 흐름을 나타내고 있다. 따라서, 아주 높은 회수율을 얻을 수 있으면서 최대 농축물 속도를 유지시킬 수 있다.

실시예 5

본 실시예에서는, 농축 격실 내에 수평 및 수직층을 지니는 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과가 연구되었다.

두 개의 모듈이 도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같은 상이하게 층화된 구성으로 조립되었다. 각각의 모듈은 4개의 각각 예시된 반복 셀 쌍을 포함하였다. 도면에서, "MB"는 혼합물 또는 수지를 나타내며; "A" 및 "C"는 각각 음이온 교환 수지 및 양이온 교환 수지를 포함하는 영역 또는 층을 나타내고; "AEM" 및 "CEM"은 음이온 선택성 막 및 양이온 선택성 막을 나타낸다. 모듈은 약 10μS/cm의 전도성을 지니며 탄산칼슘으로서 2ppm의 총경도를 함유하는 공급수로 각각 2주 및 3주 동안 작동되었다.

이러한 기간 후에, 모듈이 개방되었으며 스케일이 관찰되지 않았다. 반면, 제거 격실과 농축 격실에 혼합된 베드 수지를 함유하는 비-층화된 모듈은 동일한 공급수에 대한 2 주 작동 후에 농축물중의 음이온 막상에 스케일이 형성되었다.

실시예 6

본 실시예에서는, 산성 용액의 첨가와 함께 격실내 수직층을 구비한 전기탈이온화 장치의 성능에 대한 효과가 연구되었다.

세 개의 모듈이 농축 격실에서 유로 길이를 따라서 제거 격실과 수직으로 배향된 영역 또는 층으로 수평으로 층화되게 조립되었다. 방벽 셀이 또한 전극 격실 둘 모두에 인접되게 배치되었다. 모듈은 약 2ppm의 총경도를 함유한 RO-후 공급수로 90일 동안 작동되었다. 산성 용액이 농축 격실을 빠져나오는 물 스트림의 pH가 약 2.5 내지 3.5가 되는 속도로 농축 격실내로 주입되었다.

도 10은 전체 90일에 걸친 안정한 성능을 나타내고 있다. 도면에서, "FCE"는 μS/cm의 실제 공급물 전도성을 2.67을 곱한 ppm으로의 공급물 이산화탄소의 값 및 1.94를 곱한 ppm으로의 공급물 실리카의 값에 더함으로써 계산된 공급물 전도성 당량을 나타내고; "공급물 TH"는 공급물 총경도를 나타낸다.

본 발명의 시스템의 제어기는 하나 이상의 컴퓨터 시스템을 사용함으로써 실행될 수 있다. 컴퓨터 시스템은, 예를 들어, 일반-목적의 컴퓨터, 예컨대, Intel PENTIUM®-type processor, a Motorola PowerPC® processor, a Sun UltraSPARC® processor, a Hewlett-Packard PA-RISC® processor를 기초로 하는 컴퓨터, 또는 그 밖의 유형의 프로세서 또는 이들의 조합일 수 있다. 대안적으로, 컴퓨터 시스템은 특별히-프로그램화된 특정-목적의 하드웨어, 예를 들어, 분석 시스템을 위한 제어기 또는 주문형 반도체(application-specific integrated circuit(ASIC)를 포함할 수 있다.

컴퓨터 시스템은, 예를 들어, 데이터 저장을 위한 디스크 드라이브 메모리, 플래쉬 메모리 소자, RAM 메모리 소자 또는 그 밖의 소자중 어느 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 이상의 메모리 소자와 전형적으로 연결된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 처리 시스템 및/또는 컴퓨터 시스템의 작동 동안 프로그램 및 데이터의 저장을 위해서 전형적으로 사용된다. 본 발명의 구체예를 실행하는 프로그래밍 코드를 포함한 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능한 및/또는 기록 가능한 비휘발성 기록 매체상에 저장될 수 있으며, 이어서, 전형적으로는 프로세서에 의해서 수행되는 메모리내로 복사될 수 있다. 컴퓨터 시스템의 부품은 상호연결 메카니즘에 의해서 결합될 수 있으며, 그러한 상호연결 메카니즘은 하나 이상의 버스(buss)(예, 동일한 소자내에 집적된 부품들 사이에) 및/또는 네트워크(예, 분리된 이산 소자에 있는 부품들 사이에)를 포함할 수 있다. 상호연결 메카니즘은 전형적으로는 컴퓨터 시스템의 부품들 사이에서 통신(예, 데이터, 명령)이 교환되게 할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 또한 하나 이상의 입력 장치, 예를 들어, 키보드, 마우스, 트랙볼, 마이크로폰, 터치 스크린, 및 하나 이상의 출력 장치, 예를 들어, 인쇄 장치, 디스플레이 스크린, 또는 스피커를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 시스템을 통신 네트워크(또한 또는 대안으로서 컴퓨터 시스템의 부품중 하나 이상에 의해서 형성될 수 있는 네트웨크에)에 연결할 수 있는 하나 이상의 인터페이스(interface)를 함유할 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 하나 이상의 입력 장치는 파라미터를 측정하는 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 센서, 계량 밸브 및/또는 펌프, 또는 이들 부품 모두가 컴퓨터 시스템과 작동 가능하게 결합되는 통신 네트워크에 연결될 수 있다. 제어기는 하나 이상의 컴퓨터 저장 매체, 예컨대, 판독 가능한 및/또는 기록 가능한 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있으며, 그러한 기록 매체에서는, 하나 이상의 프로세서에 의해서 프로그램이 실행되게 하는 신호가 저장될 수 있다. 저장 매체는, 예를 들어, 디스크 또는 플래쉬 메모리일 수 있다. 컴퓨터 시스템이 본 발명의 다양한 특징이 실시될 수 있는 한 가지 유형의 컴퓨터 시스템일 수 있지만, 본 발명은 소프트웨어에서 또는 예시적으로 도시된 컴퓨터 시스템상에서 수행되는 것으로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 사실, 예를 들어, 일반 목적의 컴퓨터 시스템, 제어기, 또는 이들의 부품 또는 서브섹션상에서 수행되기 보다는, 대안적으로, 전용 시스템으로서 또는 전용 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller(PLC))로서 또는 분산제어 시스템(distributed control system)에서 수행될 수 있다. 추가로, 본 발명의 하나 이상의 특성 또는 특징이 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어(firmware) 또는 어떠한 이들의 조합으로 수행될 수 있다는 것을 인지해야 한다. 예를 들어, 제어기에 의해서 수행되는 알고리즘의 하나 이상의 세그먼트(segment)는 별도의 컴퓨터에서 실행될 수 있으며, 이어서, 하나 이상의 네트워크를 통해서 통신될 수 있다.

본 기술분야의 전문가라면, 본원에 기재된 파라미터 및 구성이 예시적인 것이며, 실제적인 파라미터 및/또는 구성은 본 발명의 시스템 및 기술이 사용되는 특정의 적용에 좌우될 것이라는 것을 인지해야 한다. 본 기술분야의 전문가라면, 또한 단지 통상의 실험으로 본 발명의 특정의 구체예에 대한 균등물을 인지하거나 확인할 수 있다. 따라서, 본원에 기재된 구체예는 단지 예로서 나타내고 있는 것이며, 첨부된 청구범위 및 이에 대한 균등물의 범위내에서 본 발명이 특별히 기재된 것 이상으로 실행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

본원에서 사용된 용어 "다수"는 둘 이상의 아이템 또는 부품을 나타낸다. 용어 "포함하는", "포함한", "지니는", "지닌", "함유하는" 및 "함유한"은 상세한 설명 또는 청구범위 등에서 개방적인 용어, 즉, "이로 한정되는 것은 아니지만 포함하는"을 의미한다. 따라서, 그러한 용어의 사용은 그 용어 이후에 열거된 아이템 및 그 균등물뿐만 아니라 추가의 아이템을 포함함을 의미한다. 다만, 전이구 "로 이루어진" 및 "을 필수 구성요소로 하는"은 특허청구범위와 관련하여 각각 닫힌 의미의 구 또는 반-닫힌 의미의 전이구이다. 통상의 용어, 예컨대, 청구 요소를 변화시키는 특허청구범위에서의 "제 1", "제 2", "제 3" 등은 그 자체가 어떠한 우선, 선행, 또는 다른 것에 대한 한 청구 요소의 순서 또는 방법의 동작이 수행되는 시간적 순서를 암시하는 것이 아니며, 특정의 명칭을 지닌 하나의 청구 요소를 동일한 명칭을 지닌 또 다른 요소로부터 구별(그러나 순서적인 용어의 사용을 위해서)하여 청구 요소를 구별하기 위한 표시로 사용되고 있다.

2006년 6월 22일자 출원된 발명의 명칭 "ENHANCED HARDNESS TOLERANCE OF CEDI MODULES"의 미국 가특허출원 제60/805,505호; 2006년 6월 22일자 출원된 발명의 명칭 "METHODS TO REDUCE SCALING IN EDI DEVICES"의 미국 가특허출원 제60/805,510호; 2007년 4월 18일자 출원된 발명의 명칭 "USE OF INERT RESIN IN THE CONCENTRATE COMPARTMENT TO IMPROVE CURRENT DISTRIBUTION FOR EDI MODULES"의 미국 가특허출원 제60/912,548호; 및 2007년 6월 22일자 출원되고 미국 공보 제2008/0067069 Al으로 공개된 발명의 명칭 "LOW SCALE POTENTIAL WATER TREATMENT"의 미국 특허출원 제11/767,438호가 모든 목적을 위해서 본원에서 그 전체 내용이 참조로 통합된다.

Claims

제거 격실; 및 제거 격실과 이온 소통관계에 있으며 음이온 선택성 막과 양이온 선택성 막에 의해서 일부 또는 전부가 규정된 제 1 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치로서,

제 1 농축 격실이 음이온 교환 매체를 실질적으로 포함하는 제 2 영역에 의해서 음이온 선택성 막으로부터 실질적으로 분리되는 양이온 교환 매체를 실질적으로 포함한 제 1 영역을 부분적으로 또는 전체적으로 함유하고,

제 1 농축 격실이 제 1 농축 격실의 유효 전류 저항을 요구된 유효 전류 저항으로 조정하는 양으로 전기화학적 불활성 매체를 포함하는, 전기탈이온화 장치.
제 1항에 있어서, 제 1 농축 격실의 유효 저항이 제 2 농축 격실의 유효 전류 저항과 거의 동일한 전기탈이온화 장치.
제 1항에 있어서, 제 1 농축 격실의 입구와 유체 소통관계에 있는 산성 용액 공급원을 추가로 포함하는 전기탈이온화 장치.
제 1항에 있어서, 양이온 교환 매체가 약산 양이온 교환 수지를 포함하는 전기탈이온화 장치.
제 1항에 있어서, 음이온 교환 매체가 약염기 음이온 교환 수지를 포함하는 전기탈이온화 장치.
제거 격실;

제거 격실과 이온 소통관계에 있으며 제 1 유효 전류 저항을 지닌 매체를 포함하는 제 1 농축 격실; 및

제거 격실과 이온 소통관계에 있으며 일부가 제 1 유효 전류 저항보다 큰 제 2 유효 전류 저항을 지닌 매체를 포함하는 제 2 농축 격실을 포함하는 전기탈이온화 장치.
제 6항에 있어서, 제 2 농축 격실의 일부 또는 전부의 유효 저항이 제 1 유효 저항보다 2 배 이상인 전기탈이온화 장치.
제 6항에 있어서, 제 2 농축 격실이 불활성 매체를 포함하는 전기탈이온화 장치.
전기탈이온화 장치의 농축 격실에 전기활성 매체를 도입하고,

전기탈이온화 장치의 제거 격실에 전기활성 매체를 도입함을 포함하여 전기탈이온화 장치를 조립하는 방법으로서,

농축 격실과 제거 격실중 하나 이상의 격실 내의 전기활성 매체가 농축 격실 과 제거 격실중 하나 이상의 격실의 일부 또는 전부의 유효 전류 저항을 조절하는 양으로 불활성 매체를 포함하는 방법.