KR20210135330A

KR20210135330A - 물을 컨디셔닝하고 이온 교환 수지를 재생시키기 위한 시스템 및 장치

Info

Publication number: KR20210135330A
Application number: KR1020217033319A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 모셔; 로렌스 칼슨; 앤드류 야크식
Original assignee: 타이그러스, 엘엘씨
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2021-11-12
Also published as: JP2022526091A; EP3938103A4; WO2020190767A1; MX2021011182A; CA3133752A1; EP3938103A1; IL286418A; BR112021018347A2; CN114007745A; AU2020241434A1; US20200290895A1

Abstract

수 연화 또는 컨디셔닝 시스템에 사용되는 이온 교환 물질의 재생을 위한 시스템 및 방법. 상기 방법은 이온 교환 물질을 화학식 I에 제시된 화합물을 포함하는 수성 공정 유체와 접촉시켜 적어도 하나의 표적 물질이 제거된 재생 이온 교환 물질을 생성하는 단계를 포함한다. 표적 물질은 금속 이온, 예를 들어, 경수 공급원으로부터 추출된 것들, 이온 가용성 유기 화합물, 활성 수계 병원체 중 적어도 하나를 포함한다. 접촉 단계 동안, 이온 교환 물질과 회합된 표적 물질의 적어도 일부는 이온 교환 물질과의 회합으로부터 제거된다. 이온 교환 물질과의 회합으로부터 제거된 후, 표적 물질은 공정 유체에 유지되고, 적절한 회수 및/또는 제거원으로 전달된다.

Description

물을 컨디셔닝하고 이온 교환 수지를 재생시키기 위한 시스템 및 장치

본 출원은 2019년 3월 15일에 출원된 미국 가출원 제62/819,488호에 대해 우선권을 주장하는 특허 협력 조약의 규정에 따른 출원이며, 이의 명세서는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.

본 개시내용은 수처리(water treatment)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 수처리 공정 및 작업에 사용되는 이온 교환 수지 및 물질을 재생하는 시스템 및 장치에 관한 것이다.

다양한 가정용, 보일러 급수와 같은 산업용 또는 기타 다양한 용도로 경도 유발 요소를 함유하는 원수(raw water)를 사용하면 장비에 중대한 손상을 일으킬 뿐만 아니라 빈번한 세정 작업을 필요로 할 수 있다. 추가로, 다양한 가정용에서 경도를 함유하는 원수는 비누 및 세제의 효율성을 방해할 수 있고, 사용된 물에 바람직하지 않은 맛을 부여할 수 있다

물의 총 경도는 일반적으로 물에 존재하는 칼슘 및 마그네슘 염의 합한 농도에 의해 야기되는 것으로 당업계에서 이해된다. 이 값은 일반적으로 백만부당 부(ppm)의 탄산칼슘으로 표현된다. 상수도에서 이러한 물질의 고농도로 인한 손상 및 세정 문제는 국내 상황에서는 매우 바람직하지 않으며, 정지 시간(down time) 및 장비 교체 비용 모두에서 상업적 운영에 비용이 많이 들 수 있다. 운영비 및 투자비 측면에서, 원료 공급수를 처리하여 장비에 도입하기 전에 경도와 알칼리성을 제거하는 것이 바람직하고 몇 배나 경제적이다.

연수기(water softener)는 이온 교환을 통해 물로부터 경도를 제거하는 데 사용된다. 이러한 작업의 단점은 현장(on-site) 재생이 이온 교환 재생제로서 염의 사용을 필요로 한다는 것이다. 많은 지방 자치체에서, 염수 재생을 위한 염의 사용은 도시 처리 시설에 위치된 생물반응기에 대한 염화나트륨의 영향으로 인해 축소되고 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 병 교환 탱크가 사용될 수 있다. 이들 시스템은 현장 재생에 대한 값비싼 대안이다. 따라서, 목적하거나 요구되는 경우 원위치 재생용으로 사용될 수 있는 이온 교환 수지를 재생하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

이온 교환 물질과 수성 공정 유체가 적어도 하나의 표적 물질을 제거하여 재생된 이온 교환 물질을 생성하는 수 연화 또는 컨디셔닝 시스템에 사용되는 이온 교환 물질의 재생 방법을 구현하는 시스템으로서, 상기 수성 공정 유체는 하기 화학식을 갖는 화합물을 포함하고, 접촉 단계 동안, 이온 교환 물질과 회합된 표적 물질의 적어도 일부는 이온 교환 물질과의 회합으로부터 제거된다:

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

Z는 다원자 이온, 단원자 이온, 또는 다원자 이온과 단원자 이온의 혼합물이다. 이온 교환 물질과의 회합으로부터 제거된 후, 표적 물질은 공정 유체에 유지될 수 있고, 목적하거나 요구되는 바와 같이 적합한 회수 및/또는 제거원으로 전달될 수 있다. 이온 교환 물질로부터 제거되는 표적 물질은 금속 이온, 예를 들어, 경수(hard water) 공급원으로부터 추출된 것들, 이온 가용성 유기 화합물, 활성 수계(water-borne) 병원체 중 적어도 하나를 포함한다.

특정 상황에서, 표적 물질은 경수로부터 추출된 금속 양이온, 예를 들어, 마그네슘 및/또는 칼슘을 포함할 수 있다. 처리될 수성 스트림에 따라 다른 금속 양이온이 표적 물질에 포함될 수 있다.

시스템은 적어도 2개의 처리 용기를 포함하고, 상기 처리 용기 각각은 물 유입구 및 물 유출구를 갖고, 각각의 재생 용기는 이온 교환 수지를 포함하는 내부 영역, 및 적어도 2개의 처리 용기와 전자 통신하는 제어기를 갖고, 상기 전자 제어기는 컨디셔닝될 공급수 또는 수성 공정 유체를 각각의 처리 용기에 교대로 안내하도록 구성된다.

본 장치의 다양한 특징, 이점 및 기타 용도는 다음의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 본원에 개시된 바와 같은 수 연화 또는 컨디셔닝 시스템에 사용되는 물 처리 및 이온 교환 물질의 재생을 위한 구현예의 개략도이다.

본원에는 적어도 2개의 처리 용기를 포함하는 수 연화 또는 컨디셔닝 시스템에서 물의 처리 및 이온 교환 물질의 재생을 위한 시스템이 개시되며, 각각의 처리 용기는 하우징을 갖고, 상기 하우징은 적어도 하나의 물 유입구 및 적어도 하나의 물 유출구 및 내부 공동 및 여기에 포함된 이온 교환 물질을 갖는다. 상기 시스템은 또한 적어도 2개의 처리 용기와 전자 통신하는 적어도 하나의 제어기를 포함하며, 상기 전자 제어기는 컨디셔닝될 공급수 또는 수성 공정 유체를 각각의 처리 용기 및 적어도 2개의 처리 용기와 유체 연통하는 적어도 하나의 제1 저장 용기 시스템에 교대로 안내하도록 구성되고, 적어도 하나의 제1 저장 용기 시스템은 수성 공정을 포함하고, 적어도 하나의 제2 저장 용기 시스템은 일정 부피의 공급수를 포함한다. 수성 공정 유체는 물과 하기 화학식 I의 화합물을 함유한다:

I

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

Z는 다원자 이온, 단원자 이온, 또는 다원자 이온과 단원자 이온의 혼합물이다.

시스템은 재생된 이온 교환 물질을 생성하기 위해 수성 공정 유체와 이와 회합된 적어도 하나의 표적 물질을 갖는 이온 교환 물질을 접촉시키는 단계를 포함하는 공정 또는 방법을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 여기서 표적 물질의 적어도 일부가 이온 교환 수지와의 회합으로부터 제거된다. 수성 공정 유체는 하기 화학식 I의 화합물을 포함한다:

I

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

Z는 적어도 하나의 다원자 이온, 적어도 하나의 단원자 이온, 또는 적어도 하나의 다원자 이온과 적어도 하나의 단원자 이온의 혼합물이다.

재생될 이온 교환 물질은 임의의 적합한 이온 교환 수지 또는 이온 교환 물질과 회합된 적어도 하나의 표적 물질을 포함하는 다른 것일 수 있다. 표적 물질은 수 연화 또는 컨디셔닝 스트림에서 발견되는 하나 이상의 화합물일 수 있다. 표적 물질은 전체적으로 또는 부분적으로 제거되어야 하는 것이며, 금속 이온, 이온 가용성 유기 화합물, 활성 수계 병원체 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

표적 물질은 결합 또는 친화성 중 하나에 의해 이온 교환 물질과의 접촉을 유지하는 것일 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 접촉 단계 동안, 표적 물질의 적어도 일부는 이온 교환 수지 물질로부터 해리되고, 수성 공정 유체로 이동되고 이에 의해 제거된다. 접촉 단계는 이온 교환 물질과의 회합으로부터 표적 물질의 적어도 일부의 방출을 달성하기에 충분한 간격 동안 계속될 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이의 접촉 간격은 2분 내지 5시간일 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이일 수 있는 접촉 간격은 5분 내지 5시간일 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이일 수 있는 접촉 간격은 2분 내지 45분일 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이일 수 있는 접촉 간격은 5분 내지 45분일 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이일 수 있는 접촉 간격은 2분 내지 30분일 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이일 수 있는 접촉 간격은 2분 내지 20분일 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이일 수 있는 접촉 간격은 5분 내지 5시간일 수 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이일 수 있는 접촉 간격은 10분 내지 2시간일 수 있다.

수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이의 접촉은 특정 상황에서 10° 내지 30°의 온도에서 일어날 수 있다. 또한, 본 개시내용의 범위 내에서 접촉 단계는 목적하거나 요구되는 경우 승온에서 일어날 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 접촉 단계는 처리된 회합된 이온 교환 수지의 열 분해 온도에 의해 제한되는 것인 상승된 온도 한계로 상승된 온도에서 일어날 수 있다는 것도 본 개시내용의 범위 내에 있다. 특정 구현예에서, 수성 공정 유체와 이온 교환 물질 사이의 접촉은 이온 교환 수지가 음이온 교환 수지 물질인 특정 상황에서 10℃ 내지 60℃의 온도 및 이온 교환 물질이 양이온 교환 수지 물질인 특정 상황에서 10℃ 내지 130℃의 온도에서 일어날 수 있다.

상승된 온도가 접촉 단계에서 사용되는 경우, 온도 상승은 수성 공정 유체를 상기 정의된 것들과 같은 목적하는 범위 내에 있는 접촉 동안의 온도와 같은 상승된 온도를 달성하기에 충분한 상승된 온도로 가열함으로써 달성될 수 있다. 공정 유체의 가열은 임의의 적절한 열 전달 메커니즘에 의해 일어날 수 있다. 특정 방법에서, 수성 공정 유체는 열 냉각이 이온 교환 물질과 접촉 전 또는 접촉시 희석 및/또는 열 전달에 의해 달성될 수 있을 때와 같이 처리될 특정 이온 교환 물질과 관련된 열 분해 온도 한계보다 높은 온도로 가열될 수 있다.

본원에 개시된 방법으로 처리될 수 있는 이온 교환 물질은 물 스트림으로부터 표적 물질의 제거 및 이온 교환 물질과 표적 물질의 회합을 용이하게 하는 유기 화합물, 무기 화합물 또는 이 둘의 혼합물일 수 있다. 물 스트림으로부터 제거되는 표적 물질은 금속 이온, 이온 가용성 유기 화합물, 활성 수계 병원체 중 하나 이상일 수 있다.

많은 용도에서, 이온 교환 수지는 일반적으로 수 연화로 지칭되는 공정에서 칼슘, 마그네슘 및 적어도 하나의 높은 미네랄 함량의 수 공급원 또는 스트림(일반적으로 경수로 지칭됨)으로부터의 다른 금속 양이온과 같은 물질을 제거하는 화합물 또는 화합물의 조합일 수 있다. 물의 경도는 전형적으로 물에 존재하는 다가 양이온의 농도에 의해 결정된다. 본원에 사용된 용어 다가 양이온은 1+보다 큰 전하를 갖는 금속 착물로서 정의된다. 많은 상황에서, 다가 양이온은 2+의 전하를 가질 것이다. 처리될 물 스트림에 존재하는 금속 양이온은 Ca²⁺, Mg²⁺와 같은 양이온을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 컨디셔닝될 물 스트림은 바륨, 라듐, 스트론튬, 철, 알루미늄, 망간 등과 같은 원소의 이온을 포함할 수 있는 것으로 본 개시내용의 범위 내에서 또한 고려된다.

금속의 정확한 혼합물은 물의 pH 및 온도 결정과 함께 물에 용해되기 때문에 물 경도의 거동을 단일 숫자로 정량화하는 것은 어렵다. 그러나, 미국 지질 조사국은 표 I에 제시된 다음과 같은 분류 체계를 제공한다.

[표 I]

본원에 개시된 방법으로 재생 또는 재충전될 수 있는 이온 교환 수지의 비제한적인 예는 중합체 이온 교환 수지 물질, 및 무기 물질, 예를 들어, 제올라이트를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 중합체 이온 교환 수지는 비드, 멤브레인 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 물리적 형태일 수 있다.

본원에 개시된 방법에 따라 처리될 수 있는 적합한 중합체 이온 교환 수지의 비제한적 예는 약산성 양이온 교환 수지, 강산성 양이온 교환 수지, 제올라이트 등을 포함한다.

임의의 이론에 결부시키지 않고, 본원에 개시된 방법으로 처리될 수 있는 약산성 양이온 교환 수지는 이작용성 단량체, 예를 들어, 디비닐벤젠과 가교결합된 아크릴산 또는 메타크릴산으로 구성된 물질로 전체 또는 일부를 구성할 수 있다고 믿어진다. 특정 물질에서, 이온 교환 수지를 생성하는 합성 공정은 현탁 중합에서 산의 에스테르로 시작하여 생성된 생성물을 가수분해하여 작용성 산기를 생성할 수 있다. 생성된 수지 물질은 폴리아크릴 골격 및 골격에 부착된 다수의 작용성 카르복실기를 갖는 것일 수 있다.

약산성 양이온 교환 수지는 수소 이온에 대한 높은 친화성을 갖고, 강한 무기산으로 재생될 수 있다. 산 재생 수지는 칼슘 및 마그네슘과 같은 알칼리 토금속 및 알칼리도와 관련된 알칼리 금속에 대해 고용량을 나타낼 수 있다. 매우 예기치 않게, 약산성 양이온 교환 수지는 본원에 개시된 공정 유체 물질에 노출시킴으로써 재생될 수 있다는 것이 발견되었다. 임의의 이론에 결부시키지 않고, 본원에 개시된 공정 유체는 이온 교환 물질과 회합된 금속 이온을 치환하고, 특히 약산성 양이온 교환 물질에서 치환된 금속 이온을 수소 이온으로 대체하는 수소 이온의 공급원을 제공하는 것으로 믿어진다.

강산 양이온 수지는 가교결합된 폴리스티렌 설포네이트 화합물일 수 있다고 믿어진다. 강산성 양이온 수지 물질의 비제한적인 예는 15% 이하의 디비닐벤젠을 포함할 수 있는 폴리스티렌 수지를 포함한다. 임의의 이론에 결부시키지 않고, 공정 유체 물질은 강산 양이온 수지와 회합된 금속 이온을 치환할 수 있는 수소 공급원을 제공하고, 강산성 양이온 교환 물질에서 수소 이온을 치환하는 수소 이온의 공급원을 제공할 수 있는 것으로 믿어진다.

목적하거나 요구되는 경우, 이온 교환 물질은 전체적으로 또는 부분적으로 제올라이트와 같은 무기 물질로 구성될 수 있다.

접촉 단계 동안, 수성 공정 유체는 임의의 적합한 방식으로 이온 교환 수지와 접촉될 수 있다. 특정 구현예에서, 공정 스트림은 고정된 또는 부분적으로 고정된 관계로 유지되는 이온 교환 물질의 층과 접촉하도록 도입된다. 공정 유체는 표적 물질의 제거 또는 해리, 및 용출과 같은 공정에 의해 이온 교환 물질로부터 멀리 공정 유체의 수송을 용이하게 하는 방식으로 이온 교환 물질과 접촉하도록 도입될 수 있다.

목적하거나 요구되는 경우, 접촉 단계는 병류(co-flow) 재생 공정, 역류(counter-flow) 재생 공정, 충전층 재생 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 공정에 의해 달성될 수 있다.

본원에 사용된 병류 또는 병류 재생 공정은 전형적으로 적합한 용기에 포함된 고정된 양의 이온 교환 물질이 이온 교환 수지 물질과 접촉된 본원에 개시된 바와 같은 수성 공정 유체를 서비스 흐름과 동일한 방향(하향)으로 도입함으로써 재생되는 공정을 포함한다. 목적하거나 요구되는 경우, 상기 공정은 또한 현탁된 고체 및 수지 미세분을 제거하기 위해 수행될 수 있는 역세척 단계를 포함할 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 역류 또는 역류 재생 공정은 전형적으로 적합한 용기에 포함된 고정된 양의 이온 교환 물질이 이온 교환 물질과 접촉된 본원에 개시된 수성 공정 유체를 서비스 흐름과 반대 방향으로 도입함으로써 재생되는 공정을 포함한다.

차단층 시스템에는 이온 교환 물질의 층이 공기, 물 또는 적절한 불활성 물질 또는 덩어리에 의해 유지되는 시스템이 포함된다. 전형적으로, 서비스 흐름은 하향 방향이며, 수성 공정 유체의 도입은 상향 흐름으로 도입된다.

충전층 시스템은 층이 서비스 유체의 상향 흐름과 수성 공정 유체의 하향 흐름을 갖는 위치에 또는 그 반대로 유지되는 시스템이다.

수 연화 또는 컨디셔닝 시스템에 사용된 이온 교환 물질의 재생 및 물의 처리를 위한 시스템(100)의 비제한적인 구현예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 시스템(100)은 적어도 2개의 처리 용기(4A 및 4B)를 포함한다. 시스템(100)은 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B)가 목적하거나 요구되는 바와 같이 직렬 또는 병렬로 작동할 수 있도록 구성될 수 있다. 시스템은 하나의 처리 용기(4A 또는 4B)가 목적하거나 요구되는 바와 같이 물을 컨디셔닝, 처리 또는 연화시키기 위해 온라인 기능을 할 수 있는 반면 다른 용기는 오프라인 상태에서 목적하거나 요구되는 바와 같이 재생될 수 있도록 구성될 수 있는 것으로 고려된다.

적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B) 각각은 하우징(20)을 갖는다. 하우징(20)은 내부에 규정된 적어도 하나의 물 유입구(22) 및 적어도 하나의 물 유출구(도시되지 않음)를 가질 수 있다. 목적하거나 요구되는 경우, 병 처리 시스템에서와 같이, 물 유입구와 유출구는 일체형일 수 있다. 각각의 하우징(20)은 일정량의 이온 교환 물질을 포함하는 내부 공동(24)을 규정한다. 묘사된 구현예에서, 이온 교환 물질은 비드 또는 과립 형태일 수 있다. 특정 구현예에서, 이온 교환 수지는 약산 양이온 수지일 수 있다. 소모된 상태에서, 재생될 약산 양이온 수지는 그와 회합된 적어도 하나의 표적 물질을 가질 수 있다. 상기 표적 물질은 금속 이온, 수용성 유기 화합물 생물학적 병원체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

시스템(100)은 또한 적어도 하나의 제어기(5)를 포함한다. 적어도 하나의 전자 제어기(5)는 적어도 2개의 처리 용기와 전자 통신한다. 전자 제어기는 컨디셔닝될 공급수 또는 수성 공정 유체가 적절한 순서로 처리 용기(4A, 4B) 중 적어도 하나에 안내하도록 구성된다.

시스템(100)은 또한 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B)와 유체 연통하는 적어도 하나의 제1 저장 용기(10)를 포함한다. 적어도 하나의 저장 용기(10)

재생 모드에서, 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B) 중 하나 이상이 적어도 하나의 제1 저장 용기(10)와 유체 연통한다. 적어도 하나의 제1 저장 용기(10)는 도관과 같은 적절한 도관을 통해 목적하는 처리 용기에 도입하기 위한 수성 공정 유체를 포함하도록 구성된다. 도 1에 도시된 시스템(100)의 구현예에서, 수성 공정 유체는 도관(26)을 통해 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B)로 운반된다. 목적하거나 요구되는 경우, 적어도 하나의 제어기(5)는 도관(26)과 연통한다.

적어도 하나의 제1 저장 용기(10)는 도관(30)을 통해 공급수 라인(28) 및 화합물 저장 탱크(12)와 유체 연통한다. 목적하거나 요구되는 경우, 도관(30)은 본원에서 규정된 바와 같은 화합물을 적어도 하나의 제1 저장 용기(10)로 운반하도록 구성된 적합한 펌프 장치(11)를 포함할 수 있다. 임의의 이론에 결부시키지 않고, 본원에 정의된 바와 같은 화합물은 상표명 TYDRONIUM으로 시판되는 것으로 믿어진다. 목적하거나 요구되는 경우, 적어도 하나의 제1 저장 탱크(12)는 적절한 혼합 및 계량 장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 목적하거나 요구되는 경우, 제1 저장 탱크(12)는 pH 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 센서 및 모니터링 장치(도시되지 않음)를 또한 포함할 수 있다. 집합적으로, 적어도 하나의 제1 저장 용기(10), 도관(30) 및 화합물 저장 탱크(12)는 제1 저장 용기 시스템으로 지칭될 수 있다.

시스템(100)은 또한 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B)와 연통하는 적어도 하나의 제2 저장 용기 시스템을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제2 저장 용기 시스템은 적어도 하나의 공급수 저장 탱크(2)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 저장 탱크(2)는 적어도 하나의 유체 유입구를 포함하고 적절한 도관(32)과 연통하여 공급수 공급원으로부터 공급수를 적어도 하나의 저장 탱크(2)로 운반한다. 적어도 하나의 저장 탱크(2)는 또한 도관(34)에 의해서와 같이 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B)와 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 유출구를 포함한다. 목적하거나 요구되는 경우, 도관(34)은 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B)로의 공급수의 운반을 보조하는 펌프(3)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 저장 탱크(2)는 또한 센서, 모니터(도시되지 않음)와 같은 보조 장치 및 배수구(도시되지 않음)와 연통할 수 있는 오버플로우 수도꼭지(36)와 같은 장치를 포함할 수 있다.

재생 공정 동안, 이온 교환 물질 재생 절차 동안 생성된 폐기물은 도관(8)을 통해 적절한 배수 또는 저장 탱크(도시되지 않음)로 운반될 수 있다. 재생 동안 이온 교환 물질로부터 해리된 물, TYDRONIUM 및 표적 물질을 함유하는 이온 교환 물질 재생 유출물은 도관(6)을 통해서와 같이 적어도 2개의 처리 용기(4A, 4B)로부터 적절한 공정 유체 유출물 탱크(7)로 멀리 운반된다. 목적하거나 요구되는 경우, 유출물 탱크(7)에는 적절한 센서, 모니터 등이 장착될 수 있다(도시되지 않음). 유출물 탱크(7)는 또한 오버플로우 수도꼭지(40)와 같은 장치를 포함할 수 있다. 장치(100)는 또한 재컨디셔닝 및 재사용용 수성 공정 유체를 운반하기 위한 적절한 도관(40)을 포함할 수 있다.

목적하거나 요구되는 경우, 수성 공정 유체는 금속 킬레이트제 등을 포함하는 하나 이상의 추가 성분을 포함할 수 있다. 적합한 금속 킬레이트제의 비제한적 예는 나트륨 시트레이트, 칼륨 시트레이트, 나트륨 석시네이트, 칼륨 석시네이트, 아스파르테이트, 말레에이트, 에틸렌디아민 테트라아세테이트, 에틸렌 글리콜 테트라아세테이트, 중합된 아미노산, 1,2-비스(o-아미노페녹시)에탄-N,N,N',N'-테트라아세테이트, 설폰화된 폴리카르복실레이트 공중합체, 폴리메타크릴레이트 등을 포함한다. 금속 킬레이트제의 양은 이온 교환 물질과의 접촉으로부터 치환된 금속 양이온의 적어도 일부를 격리시키기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 특정 구현예에서, 킬레이트제는 수성 공정 유체의 0.001vol% 내지 10vol%의 양으로 존재할 수 있는 것으로 고려된다. 특정 구현예에서, 금속 킬레이트제는 나트륨 시트레이트, 칼륨 시트레이트, 나트륨 석시네이트, 칼륨 석시네이트, 아스파르테이트, 말레에이트, 에틸렌디아민 테트라아세테이트, 에틸렌 글리콜 테트라아세테이트, 중합된 아미노산, 1,2-비스(o-아미노페녹시)에탄-N,N,N',N'-테트라아세테이트, 설폰화된 폴리카르복실레이트 공중합체, 폴리메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본원에 광범위하게 개시된 바와 같이, 수성 공정 유체는 0.001vol% 내지 50vol%의 하기 화학식 I의 화합물 및 물을 포함한다:

I

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

본원에 개시된 화합물은 옥소늄 이온-유도된 착물로서 해석될 수 있다. 본원에서 정의된 바와 같이, "옥소늄 이온 착물"은 일반적으로 적어도 하나의 3가 산소 결합을 갖는 양의 산소 양이온으로서 정의된다. 특정 구현예에서, 산소 양이온은 상기 양이온의 혼합물로서 존재하는 1개, 2개 및 3개의 3가 결합된 산소 양이온으로 주로 구성된 집단으로서 또는 단지 1개, 2개 또는 3개의 3가 결합된 산소 양이온만을 갖는 물질로서 수용액에 존재할 것이다. 3가 산소 양이온을 갖는 옥소늄 이온의 비제한적인 예는 하이드로늄 이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

특정 구현예에서, 산소 양이온은 상기한 음이온의 혼합물로서 존재하는 1개, 2개 및 3개의 3가 결합된 산소 음이온으로 주로 구성된 집단 또는 1개, 2개 또는 3개의 3가 결합된 산소 음이온만을 갖는 물질로서 수용액에 존재할 것이다.

본원에 개시된 바와 같은 수성 공정 유체에서, 화합물의 적어도 일부는 하이드로늄 이온, 하이드로늄 이온 착물 및 이들의 혼합물로서 존재하는 것으로 고려된다. 화합물에서 적합한 양이온성 물질은 또한 하이드록소늄 이온 착물로서 지칭될 수 있고, 특정 적용에서 6 미만의 유효 pH 및 다른 적용에서 5 미만의 유효 pH를 갖는 수성 공정 유체를 제공할 수 있다.

수성 공정 유체에서, 화합물은 식별 가능하게 유지될 안정한 하이드로늄 물질로서 기능할 것이다. 본원에 개시된 안정한 하이드로늄 물질은 물 분자와 착물을 형성하여 다양한 기하형태의 수화 케이지를 형성할 수 있는 것으로 믿어지며, 이의 비제한적인 예는 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다. 본원에 개시된 바와 같은 안정한 전해질 물질은, 수용액과 같은 극성 용매 내로 도입될 때 안정하고, 목적하거나 요구되는 경우 관련 용매로부터 단리될 수 있다.

pK_a ≥1.74를 갖는 것과 같은 통상적인 강한 유기산 및 무기산은, 물에 첨가되는 경우, 수용액에서 완전히 이온화될 것이다. 이렇게 생성된 이온은 기존의 물분자를 양성자화하여 H₃O+를 형성하며, 안정한 클러스터를 회합시킨다. pKa < 1.74를 갖는 것과 같은 더 약한 산은, 물에 첨가되는 경우, 수용액에서 완전한 이온화보다 덜 달성되지만, 특정 적용에서 유용성을 가질 수 있다. 따라서, 안정한 전해질 물질을 생성하는 데 사용되는 산 물질은 하나 이상의 산의 조합일 수 있는 것으로 고려된다. 특정 구현예에서, 산 물질은 더 약한 산(들)과 조합시 1.74 이상의 pK_a를 갖는 적어도 하나의 산을 포함할 것이다.

본 개시내용에서, 본원에 정의된 바와 같은 안정한 하이드로늄 전해질 물질은, 수용액에 존재하는 경우, 극성 용매를 생성할 것이고, 그 용액에 원래 존재하는 수소 이온 농도와 독립적으로 상응하는 용액에 첨가되는 안정한 하이드로늄 전해질 물질의 양에 의존하는 유효 pK_a를 제공할 것이다. 생성된 용액은 안정한 하이드로늄 물질을 첨가하기 전에 초기 용액 pH가 6 내지 8일 때 특정 적용에서 0 내지 5의 유효 pK_a를 가질 수 있다.

또한, 본원에 개시된 바와 같은 안정한 전해질 물질은 생성된 용매의 pH 및/또는 생성된 용액의 유효 또는 실제 pK_a를 효과적으로 조정하기 위해 알칼리성 범위, 예를 들어, 8 내지 12의 초기 pH를 갖는 수성 물질에 첨가될 수 있는 것으로 고려된다. 본원에 개시된 바와 같은 안정한 전해질 물질의 첨가는 발열성, 산화 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 인지할 수 있는 반응성 특성 없이 알칼리성 용액에 첨가될 수 있다.

본원에 개시된 바와 같은 안정한 하이드로늄 물질은 오래 지속되고 목적하거나 요구되는 경우 용액으로부터 후속적으로 단리될 수 있는 농축된 하이드로늄 이온의 공급원을 제공한다.

특정 구현예에서, 수성 공정 유체는 하기 화학식 II의 화합물을 포함할 수 있다:

II

상기 식에서,

x는 3 내지 11의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 10의 정수이고;

Z는 다원자 또는 단원자 이온이다.

다원자 이온 Z는 하나 이상의 양성자를 공여하는 능력을 갖는 산으로부터 유도된 이온일 수 있다. 관련 산은 23℃에서 1.7 이상의 pK_a 값을 갖는 것일 수 있다. 사용된 다원자 이온 Z는 +2 이상의 전하를 갖는 것일 수 있다. 이러한 다원자 이온의 비제한적인 예는 설페이트 이온, 카보네이트 이온, 포스페이트 이온, 옥살레이트 이온, 크로메이트 이온, 디크로메이트 이온, 피로포스페이트 이온 및 이들의 혼합물을 포함한다. 특정 구현예에서, 다원자 이온은 1.7 이하의 pK_a 값을 갖는 산으로부터 유도된 이온을 포함하는 다원자 이온을 포함하는 혼합물로부터 유도될 수 있는 것으로 고려된다.

특정 구현예에서, 본원에 개시된 화합물은 10ppm 내지 1000ppm의 농도로 존재하는 안정한 하이드로늄 이온 물질의 유효 농도를 제공할 수 있으며, 특정 구현예에서, 화합물은 적합한 수성 또는 유기 용매와 혼합될 때 100ppm 내지 2000ppm을 초과하는 농도로 존재할 것이다. 또한, 상기 화합물은 특정 구현예에서 1000ppm 내지 10000ppm의 양으로 존재하는 반면, 다른 구현예에서, 화합물은 0.5vol% 내지 15vol%의 농도로 존재할 수 있는 것으로 고려된다.

매우 뜻밖에도, 본원에 개시된 바와 같은 화합물의 존재의 결과로서 용액에 존재하는 하이드로늄 이온 착물이 유리산 대 총 산 비율의 부수적인 변화 없이 변경된 산 작용기를 갖는 수성 공정 유체를 초래할 수 있음이 밝혀졌다. 산 작용기의 변경은 측정된 pH의 변화, 유리산 대 총 산 비율의 변화, 비중 및 레올로지의 변화와 같은 특성을 포함할 수 있다. 스펙트럼 출력 및 크로마토그래피 출력에서의 변화는 초기 하이드로늄 이온 착물을 함유하는 안정한 전해질 물질의 생산에 사용되는 기존 산 물질과 비교하여 또한 주목된다. 본원에 개시된 바와 같은 안정한 전해질 물질의 첨가는 유리산 대 총 산 비율에서 관찰된 변화와 상관관계가 없는 pK_a의 변화를 초래한다.

따라서, 본원에 개시된 바와 같은 수성 공정 유체는 0 내지 5의 유효 pK_a를 가질 수 있다. 또한, 생성된 용액의 pK_a는 칼로멜 전극, 특정 이온 ORP 프로브에 의해 측정될 때와 같이 0 미만의 값을 나타낼 수 있음을 이해해야 한다. 본원에 사용된 용어 "유효 pK_a"는 생성된 용매에 존재하는 총 이용 가능한 하이드로늄 이온 농도의 척도이다. 따라서, 측정될 때, 물질의 pH 및/또는 관련 pK_a는 -3 내지 7로 표시되는 수치 값을 가질 수 있는 것이 가능하다. 본원에 개시된 바와 같은 수성 공정 유체에 존재하는 화합물은 하이드로늄 이온 전해질 물질 및/또는 그의 관련된 격자 또는 케이지와 수소 양성자의 적어도 부분적 배위를 촉진할 수 있다고 믿어진다. 이와 같이, 도입된 안정한 하이드로늄 이온 전해질 물질은 수소 이온과 관련된 도입된 수소의 선택적 기능을 허용하는 상태로 존재한다.

본원에 개시된 바와 같은 수성 조성물에 존재하는 화합물의 적어도 일부는 하기 화학식 I을 가질 수 있는 것으로 고려된다:

I

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

Z는 -1 내지 -3의 전하를 갖는 14족 내지 17족의 단원자 이온 또는 -1 내지 -3의 전하를 갖는 다원자 이온 중 하나이다.

본원에 개시된 바와 같은 수성 조성물에 존재하는 화합물에서, Z로서 사용될 수 있는 단원자 성분은 17족 할라이드, 예를 들어, 플루오라이드, 클로라이드, 요오다이드 및 브로마이드; 15족 물질, 예를 들어, 질화물 및 인화물, 및 16족 물질, 예를 들어, 산화물 및 황화물을 포함한다. 다원자 성분은 탄산염, 탄산수소, 크롬산염, 시아나이드, 질화물, 질산염, 과망간산염, 인산염, 황산염, 아황산염, 아염소산염, 과염소산염, 브롬화수소산염, 브롬산염, 브롬산염, 요오다이드, 황산수소, 아황산수소를 포함한다. 물질의 조성은 상기 열거된 물질에 대한 단일 성분으로 구성될 수 있거나 열거된 하나 이상의 화합물의 조합일 수 있는 것으로 고려된다.

특정 구현예에서, x는 3 내지 9의 정수이고, 일부 구현예에서 x는 3 내지 6의 정수인 것으로 또한 고려된다.

특정 구현예에서, y는 1 내지 10의 정수이고; 한편, 다른 구현예에서, y는 1 내지 5의 정수이다.

특정 구현예에서, 수성 공정 유체에 존재하는 화합물은 하기 화학식 I을 가질 수 있다:

I

상기 식에서,

x는 3 내지 12의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

Z는 -1 내지 -3의 전하를 갖는 14족 내지 17족의 단원자 이온 또는 상기 개요된 바와 같이 -1 내지 -3의 전하를 갖는 다원자 이온 중 하나이고, 일부 구현예에서, x는 3 내지 9이고, y는 1 내지 5의 정수이다.

물질의 조성은 값 x가 3 내지 10의 정수를 선호하는 3 초과 정수의 평균 분포인 이성체 분포로 존재하는 것으로 고려된다.

본원에 개시된 바와 같은 수성 공정 유체에 존재할 때, 생성된 용액은 하기 화학식을 갖는 식을 포함할 수 있다:

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이다.

본원에 개시된 바와 같은 화합물의 이온성 버전은 본 개시내용에서 하이드로늄 이온 착물로서 지칭되는 각각의 개별 이온 착물에서 7개 초과의 수소 원자를 갖는 독특한 이온 착물로 존재하는 것으로 고려된다. 본원에 사용된 용어 "하이드로늄 이온 착물"은 양이온 H_xO_x-1+를 둘러싸는 분자의 클러스터로서 광범위하게 정의될 수 있고, 여기서 x는 3 이상의 정수이다. 하이드로늄 이온 착물은 적어도 4개의 추가의 수소 분자와 물 분자로서 이에 착화된 산소 분자의 화학량론적 비율을 포함할 수 있다. 따라서, 본원 공정에 사용될 수 있는 하이드로늄 이온 착물의 비제한적인 예의 공식적 표현은 하기 화학식 II로 나타낼 수 있다:

II

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고, y는 특정 구현예에서 3 내지 9의 정수이다.

이러한 구조에서,

코어는 복수의 H₂O 분자에 의해 양성자화된다. 본원에 개시된 바와 같은 물질의 조성에 존재하는 하이드로늄 착물은 고유(Eigen) 착물 양이온, 준델(Zundel) 착물 양이온 또는 이 둘의 혼합물로서 존재할 수 있는 것으로 고려된다. 고유 용매화 구조는 3개의 이웃하는 물 분자에 강하게 결합된 하이드로늄 착물을 갖는 H₉O₄+ 구조의 중심에 하이드로늄 이온을 가질 수 있다. 준델 용매화 착물은 양성자가 2개의 물 분자에 의해 동등하게 공유되는 H₅O₂+ 착물일 수 있다. 용매화 착물은 전형적으로 고유 용매화 구조와 준델 용매화 구조 사이에 평형 상태로 존재한다. 지금까지, 각각의 용매화 구조 착물은 일반적으로 준델 용매화 구조를 선호하는 평형 상태로 존재했다.

임의의 이론에 결부시키지 않고, 하이드로늄 이온이 고유 착물을 선호하는 평형 상태로 존재하는 안정한 물질이 생성될 수 있는 것으로 믿어진다. 본 개시내용은 또한 공정 스트림에서의 고유 착물의 농도 증가가 신규한 향상된 산소-공여체 옥소늄 물질의 부류를 제공할 수 있다는 예상치 못한 발견에 근거를 두고 있다.

본원에 개시된 바와 같은 수성 공정 유체는 특정 구현예에서 1.2 대 1 내지 15 대 1의 고유 용매화 상태 대 준델 용매화 상태 비율을 가질 수 있고, 다른 구현예에서 비율은 1.2 대 1 내지 5 대 1이다.

본원에서 논의된 옥소늄 착물은 다양한 공정에 의해 사용되는 다른 물질을 포함할 수 있는 것으로 고려된다. 수화된 하이드로늄 이온을 생성하기 위한 일반적인 공정의 비제한적인 예는 미국 특허 제5,830,838호에서 논의되고 있으며, 이의 명세서는 본원에 참조로 포함된다.

수성 공정 유체에 사용되는 화합물은 하기 화학 구조를 가질 수 있다:

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

Z는 다원자 또는 단원자 이온이다.

특정 구현예에서, 수성 공정 유체는 하기 화학식 II의 화학 구조를 가질 수 있다:

II

상기 식에서,

x는 3 내지 11의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 10의 정수이고;

Z는 다원자 이온 또는 단원자 이온이다.

사용된 다원자 이온은 하나 이상의 양성자를 공여하는 능력을 갖는 산으로부터 유도된 이온일 수 있다. 관련 산은 23℃에서 1.7 이상의 pKa 값을 갖는 것일 수 있다. 사용된 이온은 +2 이상의 전하를 갖는 것일 수 있다. 이러한 이온의 비제한적인 예는 설페이트, 카보네이트, 포스페이트, 크로메이트, 디크로메이트, 피로포스페이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 특정 구현예에서, 다원자 이온은 1.7 이하의 pKa 값을 갖는 산으로부터 유도된 이온을 포함하는 다원자 이온 혼합물을 포함하는 혼합물로 유도될 수 있는 것으로 고려된다.

특정 구현예에서, 물질의 조성은 다음 중 적어도 하나의 화학량론적으로 균형된 화학적 조성으로 구성된다: 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 설페이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 카보네이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 포스페이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 옥살레이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 크로메이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 디크로메이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 피로포스페이트(1:1) 및 이들의 혼합물.

목적하거나 요구되는 경우, 수성 공정 유체에 존재하는 화합물은 적합한 무기산에 적합한 무기 수산화물을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 무기산은 22° 내지 70° 보메(baume)의 밀도; 약 1.18 내지 1.93의 비중을 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 무기산은 50° 내지 67° 보메의 밀도; 1.53 내지 1.85의 비중을 가질 것이다. 무기산은 단원자 산 또는 다원자 산일 수 있다.

사용된 무기산은 균질할 수 있거나 정의된 매개변수들 내에 속하는 다양한 산 화합물의 혼합물일 수 있다. 또한, 산은 고려되는 매개변수를 벗어나는 하나 이상의 산 화합물을 포함하는 혼합물일 수 있지만, 다른 물질과 조합하여 명시된 범위 내의 평균 산 조성물 값을 제공할 것으로 고려된다. 사용된 무기산 또는 산들은 임의의 적합한 등급 또는 순도일 수 있다. 특정 경우에, 기술 등급 및/또는 식품 등급 물질이 다양한 적용에서 성공적으로 사용될 수 있다.

본원에 개시된 바와 같은 안정한 전해질 물질을 제조하는 데 있어서, 무기산은 임의의 적합한 용적에서 액체 형태로 임의의 적합한 반응 용기에 포함될 수 있다. 다양한 구현예에서, 반응 용기는 적합한 용적의 비반응성 비이커일 수 있는 것으로 고려된다. 사용된 산의 용적은 50ml만큼 작을 수 있다. 최대 5000갤론 이상의 더 큰 용적도 또한 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

무기산은 주위 온도 또는 이의 주변의 온도와 같은 적절한 온도에서 반응 용기 내에서 유지될 수 있다. 초기 무기산을 약 23 내지 약 70℃ 범위로 유지하는 것은 본 개시내용의 범위 내에 있다. 그러나, 15 내지 약 40℃ 범위의 더 낮은 온도도 또한 사용될 수 있다.

무기산은 적절한 수단에 의해 교반시켜 약 0.5HP와 3HP 사이의 범위로 기계적 에너지를 부여하고, 1 내지 2.5HP 사이의 기계적 에너지를 부여하는 교반 수준이 공정의 특정 적용에서 사용된다. 교반은 DC 서보드라이브, 전기 임펠러, 자기 교반기, 화학적 인덕터 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 적절한 기계적 수단에 의해 부여될 수 있다.

교반은 수산화물 첨가 직전의 간격으로 시작할 수 있으며, 수산화물 도입 단계의 적어도 일부 동안의 간격 동안 계속될 수 있다.

본원에 개시된 공정에서, 선택된 산 물질은 적어도 7 이상의 평균 몰 농도(M)를 갖는 농축된 산일 수 있다. 특정 절차에서, 평균 몰 농도는 적어도 10 이상일 것이며; 7 내지 10의 평균 몰 농도가 특정 적용에서 유용하다. 사용된 선택의 산 물질은 순수한 액체, 액체 슬러리 또는 본질적으로 농축된 형태의 용해된 산의 수용액으로 존재할 수 있다.

적합한 산 물질은 수성 또는 비수성 물질일 수 있다. 적합한 산 물질의 비제한적인 예는 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 염산, 질산, 인산, 염소산, 과염소산, 크롬산, 황산, 과망간산, 청산, 브롬산, 브롬화수소산, 플루오르화수소산, 요오드산, 불화붕소산, 불화규산, 불화티탄산.

특정 구현예에서, 사용되는 액체 농축된 강산의 규정된 용적은 55° 내지 67° 보메의 비중을 갖는 황산일 수 있다. 이 물질을 반응 용기에 넣고, 16 내지 70℃의 온도에서 기계적으로 교반시킬 수 있다.

특정의 구체적인 제조 방법에서, 측정된 규정량의 적합한 수산화물 물질은 측정된 규정량으로 비반응성 용기에 존재하는 농축 황산과 같은 교반 산에 첨가될 수 있다. 첨가되는 수산화물의 양은 조성물 중에 침전물 및/또는 현탁된 고체 또는 콜로이드성 현탁액으로서 존재하는 고체 물질을 생성하기에 충분할 것일 것이다. 사용된 수산화물 물질은 수용성 또는 부분적으로 수용성 무기 수산화물일 수 있다. 본원에 개시된 공정에 사용된 부분적으로 수용성 수산화물은 일반적으로 그들이 첨가되는 산 물질과 혼화성을 나타내는 것들일 것이다. 적합한 부분적으로 수용성 무기 수산화물의 비제한적인 예는 관련 산에서 적어도 50%의 혼화성을 나타내는 것들일 것이다. 무기 수산화물은 무수이거나 수화될 수 있다.

수용성 무기 수산화물의 비제한적인 예는 수용성 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 수산화물 및 희토류 수산화물을 단독으로 또는 서로 조합하여 포함한다. 다른 수산화물도 또한 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 용어가 사용될 수산화물 물질과 관련하여 정의될 때 "수용해도"는 표준 온도 및 압력에서 물에서 75% 이상의 용해 특성을 나타내는 물질로 정의된다. 사용되는 수산화물은 전형적으로 산성 물질에 도입될 수 있는 액체 물질이다. 수산화물은 진정한 용액, 현탁액 또는 과포화된 슬러리로서 도입될 수 있다. 특정 구현예에서, 수용액 중 무기 수산화물의 농도는 그것이 도입되는 관련 산의 농도에 의존할 수 있는 것으로 고려된다. 수산화물 물질에 대한 적합한 농도의 비제한적인 예는 5mol 물질의 5 내지 50%를 초과하는 수산화물 농도이다.

적합한 수산화물 물질은 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 수산화칼슘, 수산화스트론튬, 수산화바륨, 수산화마그네슘 및/또는 수산화은을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 사용될 때 무기 수산화물 용액은 5mol 물질의 5 내지 50%의 무기 수산화물의 농도를 가질 수 있고, 5 내지 20%의 농도가 특정 적용에 사용된다. 특정 공정에서, 무기 수산화물 물질은 소석회(slaked lime)로서 존재하는 것과 같은 적합한 수용액 중의 수산화칼슘일 수 있다.

개시된 공정에서, 액체 또는 유체 형태의 무기 수산화물은 규정된 공명 시간을 제공하기 위해 규정된 간격에 걸쳐 하나 이상의 계량된 용적으로 교반하는 산 물질에 도입된다. 개요된 공정에서의 공명 시간은 본원에 개시된 하이드로늄 이온 물질이 발달하는 환경을 촉진하고 제공하는 데 필요한 시간 간격인 것으로 간주된다. 본원에 개시된 공정에서 사용되는 공명 시간 간격은 전형적으로 12 내지 120시간이며, 24 내지 72시간의 공명 시간 간격 및 그 안의 증분은 특정 적용에 사용된다.

공정의 다양한 적용에서, 무기 수산화물은 복수의 계량된 용적에서 교반 용적의 상부 표면에서 산에 도입된다. 전형적으로, 무기 수산화물 물질의 총량은 공명 시간 간격에 걸쳐 복수의 측정 부분으로서 도입될 것이다. 전방 적재 계량 첨가가 많은 경우에 사용된다. 상기 용어가 본원에 사용될 때 "전방 적재 계량 첨가"는 공명 시간의 초기 부분 동안 더 큰 부분이 첨가되는 총 수산화물 용적의 첨가를 의미하는 것으로 간주된다. 목적하는 공명 시간의 초기 백분율은 총 공명 시간의 처음 25% 내지 50% 사이인 것으로 간주된다.

첨가되는 각각 계량된 용적의 비율은 동일할 수 있거나 외부 공정 조건, 현장 공정 조건, 특정 물질 특성 등과 같은 비제한적인 인자에 기초하여 변할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 계량된 용적의 수는 3 내지 12일 수 있는 것으로 고려된다. 각각 계량된 용적의 첨가 사이의 간격은 개시된 바와 같은 공정의 특정 적용에서 5 내지 60분일 수 있다. 실제 첨가 간격은 특정 적용에서 60분 내지 5시간일 수 있다.

공정의 특정 적용에서, 수산화칼슘 물질의 용적당 5중량%의 100ml 용적을 혼합물의 존재 또는 부재하에 분당 2ml의 5개 계량 증분으로 50ml의 66° 보메 농축 황산에 첨가한다. 황산에 수산화물 물질을 첨가하면 액체 탁도가 증가하는 물질을 생성한다. 액체 탁도의 증가는 황산칼슘 고체가 침전물로서 형성됨을 나타낸다. 생성된 황산칼슘은 현탁된 및 용해된 고체의 조정된 농도를 제공하기 위해 연속적인 수산화물 첨가로 조정되는 방식으로 제거될 수 있다.

임의의 이론에 결부시키지 않고, 본원에 규정된 방식으로 황산에 수산화칼슘을 첨가하면 초기 수소 양성자 또는 황산과 관련된 양성자의 소비를 유도하여 수소 양성자 산소화를 초래하여 일반적으로 수산화물 첨가시 예측되는 바와 같이 문제의 양성자가 가스 배출하지 않도록 하는 것으로 믿어진다. 대신에, 양성자 또는 양성자들은 액체 물질에 존재하는 이온성 물 분자 성분과 재조합된다.

규정된 바와 같은 적절한 공명 시간이 경과한 후, 생성된 물질은 2000가우스보다 큰 값에서 비양극성(non-bi-polar) 자기장에 노출되며; 2백만 가우스보다 큰 자기장이 특정 용도에 사용된다. 10,000 내지 2백만 가우스의 자기장이 특정 상황에서 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 자기장은 다양한 적절한 수단에 의해 생성될 수 있다. 적합한 자기장 발생기의 하나의 비제한적인 예는 미국 특허 제7,122,269호(Wurzburger)에서 발견되며, 이의 명세서는 본원에 참조로 포함된다.

공정 동안 생성되고 침전물 또는 현탁된 고체로서 존재하는 고체 물질은 임의의 적합한 수단에 의해 제거될 수 있다. 이러한 제거 수단은 중량 측정, 강제 여과, 원심분리, 역삼투 등을 포함하지만, 이에 제한될 필요는 없다.

이 방법에 의해 생성되는 물질은 주위 온도 및 50 내지 75% 상대 습도에 저장될 때 적어도 1년 동안 안정적인 것으로 믿어지는 상온에서 안정한 점성 액체이다. 생성된 물질은 다양한 최종 용도에서 순수하게 사용될 수 있다. 상기 물질은 전하 균형되지 않은 산 양성자의 총 몰의 8 내지 9%를 함유하는 1.87 내지 1.78몰 물질을 가질 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 공정으로부터 생성되는 생성된 물질은 수소 전량분석 및 FFTIR 스펙트럼 분석을 통해 적정적으로 측정되었을 때, 200 내지 150M 강도, 및 특정 경우에 187 내지 178M 강도의 몰 농도를 갖는다. 상기 물질은 1.15보다 큰 중량 범위를 가지며, 특정 경우에 1.9보다 큰 범위를 갖는다. 상기 물질을 분석할 때, 물 1몰에 함유된 수소에 대해 입방 ml당 최대 1300용적배의 오르토수소를 생성하는 것으로 나타났다. 생성된 물질은 본원에 개시된 바와 같은 수성 공정 유체를 생성하기에 충분한 물과 혼합될 수 있다. 또한, 생성된 물질을 물에 도입하면 15용적%를 초과하는 하이드로늄 이온의 농도를 갖는 용액을 초래할 것으로 고려된다. 일부 적용에서, 하이드로늄 이온의 농도는 25% 초과일 수 있고, 하이드로늄 이온의 농도는 특정 구현예에서 15 내지 50용적%일 수 있는 것으로 고려된다.

본원에 개시된 방법은 또한 이온 교환 물질과의 회합으로부터 하나 이상의 이온 가용성 유기 화합물을 제거하는 데 사용될 수 있다. 이온 교환 수지와의 회합으로부터 이온 가용성 유기 화합물을 제거하는 방법은 이온 교환 물질을 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 수성 공정 유체와 접촉시키는 단계를 포함하고, 상기 접촉 단계는 이온 교환 수지와 회합된 이온 가용성 유기 물질의 농도를 감소시키기에 충분한 간격 동안 진행된다:

I

상기 식에서,

x는 3 이상의 홀수 정수이고;

y는 1 내지 20의 정수이고;

Z는 다원자 이온, 단원자 이온 또는 다원자 이온과 단원자 이온의 혼합물이다.

특정 구현예에서, 본 개시내용은 이온 교환 수지의 처리가 이온 교환 수지와 회합된 이온 가용성 유기 화합물의 환원을 초래한다는 것을 고려한다. 이러한 환원은 이온 교환 수지와 회합된 금속 이온의 수반되는 환원과 함께 또는 동시에 일어날 수 있다.

본원에 개시된 방법에 의한 처리에 적합한 이온 가용성 유기 화합물의 비제한적인 예는 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 일작용성 카르복실산, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 일작용성 아민, 일작용성 알콜, 일작용성 알데히드 중 적어도 하나를 포함한다. 특정 구현예에서, 이온 가용성 유기 화합물은 아세트알데히드, 아세트산, 아세톤, 아세토니트릴, 1,2-부텐디올, 1,3-부타에디올, 1,4-부타에디올, 2-부톡시에탄올, 부티르산, 디에탄올아민, 디에틸렌트리아민, 디메틸포름아미드, 디메톡시에탄, 디메틸 설폭사이드, 1,4-디옥산, 에탄올, 에틸아민, 에틸렌 글리콜, 포름산, 푸르푸릴 알콜, 글리세롤, 메탄올, 메틸 디에탄올아민, 메틸 이소시아나이드, N-메틸-2-피롤리돈, 1-프로판올, 1,3-프로판디올, 1,5-프로판디올, 2-프로판올, 프로산산, 프로필렌 글리콜, 피리딘, 테트라하이드로푸란, 트리에틸렌 글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

또한, 본원에 개시된 바와 같은 방법은 이온 교환 물질과 회합될 수 있는 하나 이상의 수계 병원체를 감소 또는 제거하는 데 사용될 수 있는 것으로 고려된다. 특정 구현예에서, 수계는 원생동물, 박테리아, 바이러스, 조류, 기생충 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

수계 병원성 원생동물의 비제한적인 예는 다음 중 적어도 하나를 포함한다: 아칸타모에바 카스텔라니이(Acanthamoeba castelanii), 아칸타모에바 폴리파가(Acanthamoeba polyphaga), 엔타모에바 히스토리티카(Entamoeba histolytica), 크립토스포리디움 파르붐(Cryptosporidium parvum), 사이클로스포라 카예타넨시스(Cyclospora cayetanensis), 지아디아 람블리아(Giardia lamblia), 마이크로스포리디아(Microsporidia), 엔세팔리토준 인테스티날리스(Encephalitozoon intestinalis), 네글레리아 파울레리(Naegleria fowleri). 본원에 개시된 바와 같은 방법의 특정 적용에서, 수계 병원성 원생동물은 아칸타모에바 카스텔라니이, 아칸타모에바 폴리파가, 엔타모에바 히스토리티카, 크립토스포리디움 파르붐, 사이클로스포라 카예타넨시스, 지아디아 람블리아, 마이크로스포리디아, 엔세팔리토준 인테스티날리스, 네글레리아 파울레리 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

수계 병원성 박테리아의 비제한적인 예는 다음 중 적어도 하나를 포함한다: 클로트리디움 보툴리눔(Clotridium botulinum), 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni), 비브리오 콜레라(Vibrio cholerae), 에쉐리키아 콜라이(Escherichia coli), 마이코박테리움 마리눔(Mycobacterium marinum), 쉬겔라 디센테리아(Shegella dysenteriae), 쉬겔라 플렉스네리(Shegella flexneri), 쉬겔라 보이디이(Shegella boydii), 쉬겔라 손네이(Shegella sonnei), 살모넬라 티피(Salmonella typhi), 살모넬라 티피무리움(Salmonella typhimurium), 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella enteritidis), 레지오넬라 뉴모필리아(Legionella pnuemophila), 렙토스피라(Leptospira), 비브리오 불니피쿠스(Vibrio vulnificus), 비브리오 알기놀리티쿠스(Vibrio alginolyticus), 비브리오 파라헤몰리티쿠스(Vibrio parahaemolyticus). 본원에 개시된 바와 같은 방법의 특정 적용에서, 수계 병원성 박테리아는 클로트리디움 보툴리눔, 캄필로박터 제주니, 비브리오 콜레라, 에쉐리키아 콜라이, 마이코박테리움 마리눔, 쉬겔라 디센테리아, 쉬겔라 플렉스네리, 쉬겔라 보이디이, 쉬겔라 손네이, 살모넬라 티피, 살모넬라 티피무리움, 살모넬라 엔테리티디스, 레지오넬라 뉴모필라, 렙토스피라, 비브리오 불니피쿠스, 비브리오 알기놀리티쿠스, 비브리오 파라헤몰리티쿠스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

수계 병원성 바이러스의 비제한적인 예는 다음 중 적어도 하나를 포함한다: 코로나바이러스(Coronavirus), A형 간염 바이러스(Hepatis A virus), E형 간염 바이러스(Hepatis E virus), 노로바이러스(Norovirus), 폴리오마바이러스(Polyomavirae). 본원에 개시된 바와 같은 방법의 특정 적용에서, 수계 병원성 박테리아는 코로나바이러스, A형 간염 바이러스, E형 간염 바이러스, 노로바이러스, 폴리오마바이러스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

병원성 수계 조류의 비제한적인 예는 데스모데스무스 아르마투스(desmodesmus armatus)를 포함한다. 병원성 수계 기생충의 비제한적인 예는 드라쿤클루스 메디네시스(dracunclus medinesis)를 포함한다.

본원에 개시된 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 하기 실시예가 제시된다. 실시예는 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 개시내용 또는 청구된 주제의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.

실시예 I

본원에 개시된 방법에서 수성 공정 유체에 사용되는 활성 화합물은 비반응성 용기에서 98%의 질량 분율 H₂SO₄, 7 이상의 평균 몰 농도(M), 및 66° 보메의 비중을 갖는 50ml의 농축된 액체 황산을 위치시켜 제조하고, 자기 교반기로 교반하면서 25℃에서 유지시켜 1HP의 기계적 에너지를 액체에 부여한다.

일단 교반이 시작되면, 측정된 양의 수산화나트륨을 교반하는 산 물질의 상부 표면에 첨가한다. 사용된 수산화나트륨 물질은 5M 수산화칼슘의 20% 수용액이고, 24시간의 공명 시간을 제공하기 위해 5시간의 간격에 걸쳐 분당 2ml의 속도로 도입된 5개의 계량된 용적으로 도입된다. 각각 계량된 용적에 대한 도입 간격은 30분이다.

탁도는 수산화칼슘을 황산에 첨가함에 따라 생성되고 황산칼슘 고체가 형성됨을 나타낸다. 고체는 공정 동안 주기적으로 침전되도록 허용되고, 침전물은 반응 용액과의 접촉으로부터 제거된다.

24시간의 공명 시간 완료시, 생성된 물질은 2400가우스의 비양극성 자기장에 노출시켜 2시간 간격 동안 관찰 가능한 침전물 및 현탁된 고체의 생산을 초래한다. 생성된 물질은 원심분리하고, 강제 여과하여 침전물 및 현탁된 고체를 단리시킨다.

실시예 II

실시예 I에서 생성된 물질은 개별 샘플로 분리한다. 일부는 표준 온도 및 50% 상대 습도에서 밀폐 용기에 저장하여 저장 안정성(shelf-stability)을 결정한다. 다른 샘플을 분석 절차를 수행하여 조성을 결정한다. 시험 샘플을 FFTIR 스펙트럼 분석에 적용하고, 수소 전량분석으로 적정하였다. 샘플 물질은 187 내지 178M 강도 범위의 몰 농도를 갖는다. 물질은 1.15 초과의 중량 범위를 갖고; 특정 경우에 범위는 1.9보다 크다. 조성물은 안정하고, 전하 균형되지 않은 산 양성자의 총 몰의 8 내지 9%를 함유하는 1.87 내지 1.78몰 물질을 갖는다. FFTIR 분석은 물질이 식 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 설페이트(1:1)를 갖는다는 것을 나타낸다.

실시예 III

실시예 I에 요약된 방법에 따라 생성된 물질의 5ml 부분을 표준 온도 및 압력에서 5ml 부분의 탈이온된 증류수에 혼합한다. 과량의 수소 이온 농도는 15용적% 초과로 측정되고, 물질의 pH는 1로 결정된다.

실시예 IV

실시예 I에 요약된 공정은, 0ppm의 측정 경도 수준을 갖는 물과 혼합될 때, 15vol%의 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 설페이트(1:1)의 농도를 갖는 수성 공정 유체를 100갤론의 양으로 생성하는데 충분한 화합물을 생성하도록 확장된다.

실시예 V

15파운드의 소비된 약산성 양이온 교환 이온 교환 수지 비드를 용기에서 단리시켜 층을 형성하고, 접촉 간격의 종료시 수지 층을 통해 수성 공정 유체를 연속적으로 재순환시킴으로써 2시간의 간격 동안 실시예 IV의 조성물과 접촉시키고, 재순환 물질을 제거하고 분석한다. 재순환 물질은 상승된 수준의 이온성 칼슘 및 마그네슘을 나타낸다.

실시예 VI

150ppm의 경도를 갖는 100갤론의 물을 실시예 V에서 처리된 바와 같이 약산성 양이온 교환 수지 비드를 통해 공급한다. 약산성 양이온 교환 수지 비드의 층을 빠져나가는 물의 경도를 측정하고, 10 내지 40ppm인 것으로 밝혀졌다.

실시예 VII

약한 양이온 교환 수지 비드 산성 비드의 다수의 15온스 샘플을 층이 각각 표 1에 요약된 바와 같은 병원체로 접종될 때 배열시킨다. 각 층의 초기 병원체 부하를 결정하고, 각 층을 각각 실시예 IV의 조성물과 접촉시킨다. 접촉 후, 각 층의 병원체 부하를 확인하고, 적어도 95%의 병원체 부하 감소를 입증한다.

본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 구현예로 간주되는 것과 관련하여 기재되었지만, 본 발명은 개시된 구현예에 제한되지 않아야 하지만, 반대로 첨부된 청구범위의 취지 및 범위 내에 포함된 다양한 변형 및 등가의 배열을 포함하는 것으로 의도되고, 이 범위는 법에 따라 허용되는 모든 변형 및 등가 구조를 모두 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 한다.

Claims

수 연화(water softening) 또는 컨디셔닝 시스템에 사용되는 물의 처리 및 이온 교환 물질의 재생을 위한 시스템으로서,
적어도 2개의 처리 용기로서, 각각의 처리 용기가 하우징을 갖고, 하우징이 적어도 하나의 물 유입구 및 적어도 하나의 물 유출구 및 내부 공동 및 여기에 포함된 이온 교환 물질을 갖는 것인 적어도 2개의 처리 용기;
적어도 2개의 처리 용기와 전자 통신하며, 컨디셔닝될 공급수 또는 수성 공정 유체를 각각의 처리 용기로 교대로 안내하도록 구성되는 적어도 하나의 제어기;
적어도 2개의 처리 용기와 유체 연통하며, 하기 화학식을 갖는 화합물을 포함하는 수성 공정 유체를 포함하는 적어도 하나의 제1 저장 용기 시스템:

상기 식에서,
x는 3 이상의 홀수 정수이고;
y는 1 내지 20의 정수이고;
Z는 다원자 이온, 단원자 이온, 또는 다원자 이온과 단원자 이온의 혼합물임; 및
적어도 2개의 처리 용기와 유체 연통하며, 일정 부피의 공급수를 포함하는 적어도 하나의 공급수 저장소를 포함하는 적어도 하나의 제2 저장 용기 시스템
을 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 이온 교환 물질이 카르복실산 활성 부위를 함유하는 약산 양이온 수지인 시스템.
제2항에 있어서, 수성 공정 유체가 나트륨 시트레이트, 칼륨 시트레이트, 나트륨 석시네이트, 칼륨 석시네이트, 아스파르테이트, 말레에이트, 에틸렌디아민 테트라아세테이트, 에틸렌 글리콜 테트라아세테이트, 중합된 아미노산, 1,2-비스(o-아미노페녹시)에탄-N,N,N',N'-테트라아세테이트, 설폰화된 폴리카르복실레이트 공중합체, 폴리메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 킬레이트제를 추가로 포함하는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 이온 교환 물질이 강산 양이온 교환 수지 또는 약산 양이온 교환 수지 중 하나인 시스템.
제4항에 있어서, 이온 교환 수지가 멤브레인 또는 비드 형상 물질 중 하나인 방법.
제1항에 있어서, 공정 유체 중의 화합물이, Z가 -1 내지 -3의 전하 값을 갖는 14족 내지 17족의 단원자 이온 또는 -1 내지 -3의 전하를 갖는 다원자 이온 중 하나인 화합물인 시스템.
제6항에 있어서, 수용액 또는 수분산액 중의 화합물의 다원자 이온이 -2 이상의 전하를 갖는 것인 시스템.
제8항에 있어서, Z가 설페이트, 카보네이트, 포스페이트, 옥살레이트, 크로메이트, 디크로메이트, 피로포스페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 시스템.
제1항에 있어서, 수성 공정 유체 중의 화합물이 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 설페이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 카보네이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 포스페이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 옥살레이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 크로메이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 디크로메이트(1:1); 수소(1+), 트리아쿠아-μ3-옥소트리 피로포스페이트(1:1) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화학량론적으로 균형된 화학 조성물인 시스템.
제10항에 있어서, 수성 공정 유체가 나트륨 시트레이트, 칼륨 시트레이트, 나트륨 석시네이트, 칼륨 석시네이트, 아스파르테이트, 말레에이트, 에틸렌디아민 테트라아세테이트, 에틸렌 글리콜 테트라아세테이트, 중합된 아미노산, 1,2-비스(o-아미노페녹시)에탄-N,N,N',N'-테트라아세테이트, 설폰화 폴리카르복실레이트 공중합체, 폴리메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 킬레이트제를 추가로 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 제거되는 표적 물질이, 경수로부터 추출되고 이온 교환 물질과 회합되는 금속 이온을 포함하는 것인 방법.
제12항에 있어서, 추출된 금속 이온이 마그네슘 이온, 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온과 칼슘 이온의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
제12항에 있어서, 이온 교환 수지와 회합된 금속 이온의 적어도 일부가 다원자 이온, 단원자 이온 또는 다원자 이온과 단원자 이온 Z_y의 혼합물로 대체되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 제거되는 표적 물질이 이온 가용성 유기 화합물을 포함하는 것인 방법.
제15항에 있어서, 이온 가용성 유기 화합물이 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 일작용성 카르복실산, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 일작용성 아민, 일작용성 알콜, 일작용성 알데히드 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
제16항에 있어서, 이온 가용성 유기 화합물이 아세트알데하이드, 아세트산, 아세톤, 아세토니트릴, 1,2-부텐디올, 1,3-부타에디올, 1,4-부타에디올, 2-부톡시에탄올, 부티르산, 디에탄올아민, 디에틸렌트리아민, 디메틸포름아미드, 디메톡시에탄, 디메틸 설폭사이드, 1,4-디옥산, 에탄올, 에틸아민, 에틸렌 글리콜, 포름산, 푸르푸릴 알콜, 글리세롤, 메탄올, 메틸 디에탄올아민, 메틸 이소시아나이드, N-메틸-2-피롤리돈, 1-프로판올, 1,3-프로판디올, 1,5-프로판디올, 2-프로판올, 프로판산, 프로필렌 글리콜, 피리딘, 테트라하이드로푸란, 트리에틸렌 글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 제거될 표적 화합물이 적어도 하나의 활성 수계 병원체이고, 적어도 하나의 활성 수계 병원체가 원생동물, 박테리아, 바이러스, 조류, 기생충 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
제18항에 있어서, 원생동물이 아칸타모에바 카스텔라니이(Acanthamoeba castelanii), 아칸타모에바 폴리파가(Acanthamoeba polyphaga), 엔타모에바 히스토리티카(Entamoeba histolytica), 크립토스포리디움 파르붐(Cryptosporidium parvum), 사이클로스포라 카예타넨시스(Cyclospora cayetanensis), 지아디아 람블리아(Giardia lamblia), 마이크로스포리디아(Microsporidia), 엔세팔리토준 인테스티날리스(Encephalitozoon intestinalis), 네글레리아 파울레리(Naegleria fowleri) 중 적어도 하나인 방법.
제18항에 있어서, 박테리아가 클로트리디움 보툴리눔(Clotridium botulinum), 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni), 비브리오 콜레라(Vibrio cholerae), 에쉐리키아 콜라이(Escherichia coli), 마이코박테리움 마리눔(Mycobacterium marinum), 쉬겔라 디센테리아(Shegella dysenteriae), 쉬겔라 플렉스네리(Shegella flexneri), 쉬겔라 보이디이(Shegella boydii), 쉬겔라 손네이(Shegella sonnei), 살모넬라 티피(Salmonella typhi), 살모넬라 티피무리움(Salmonella typhimurium), 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella enteritidis), 레지오넬라 뉴모필리아(Legionella pnuemophila), 렙토스피라(Leptospira), 비브리오 불니피쿠스(Vibrio vulnificus), 비브리오 알기놀리티쿠스(Vibrio alginolyticus), 비브리오 파라헤몰리티쿠스(Vibrio parahaemolyticus) 중 적어도 하나인 방법.
제18항에 있어서, 바이러스가 코로나바이러스(Coronavirus), A형 간염 바이러스(Hepatis A virus), E형 간염 바이러스(Hepatis E virus), 노로바이러스(Norovirus), 폴리오마바이러스(Polyomavirae) 중 적어도 하나인 방법.
제18항에 있어서, 조류가 데스모데스무스 아르마투스(desmodesmus armatus)인 방법.
제18항에 있어서, 기생충이 드라쿤클루스 메디네시스(dracunclus medinesis)인 방법.
수 연화 시스템에서의 이온 교환 물질의 재생 방법으로서,
상기 방법은 이온 교환 물질을 수용액 또는 수분산액과 접촉시켜 재생된 이온 교환 물질을 생성하는 단계를 포함하며, 여기에서 이온 교환 물질이 금속 이온, 이온 가용성 유기 화합물, 경수의 공급원으로부터 추출된 활성 수계 병원체 중 적어도 하나를 포함하고, 수용액 또는 분산액이 하기 화학식을 갖는 화합물을 포함하고, 접촉 단계 동안, 경수로부터 추출된 금속 이온의 적어도 일부가 이온 교환 물질에 존재하고, 상기 방법이 제1항의 시스템에서 실시되는 방법:

상기 식에서,
x는 3 이상의 홀수 정수이고;
y는 1 내지 20의 정수이고;
Z는 -1 내지 -3의 전하 값을 갖는 14족 내지 17족의 단원자 이온 또는 -1 내지 -3의 전하를 갖는 다원자 이온 중 하나이다.
제24항에 있어서, 수용액이 나트륨 시트레이트, 칼륨 시트레이트, 나트륨 석시네이트, 칼륨 석시네이트, 아스파르테이트, 말레에이트, 에틸렌디아민 테트라아세테이트, 에틸렌 글리콜 테트라아세테이트, 중합된 아미노산, 1,2-비스(o-아미노페녹시)에탄-N,N,N',N'-테트라아세테이트, 설폰화된 폴리카르복실레이트 공중합체, 폴리메타크릴레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 킬레이트제를 추가로 포함하는 것인 방법.