MXPA06005385A - Sistema y metodo para tratamiento de agua - Google Patents

Sistema y metodo para tratamiento de agua

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MXPA06005385A
MXPA06005385A MXPA/A/2006/005385A MXPA06005385A MXPA06005385A MX PA06005385 A MXPA06005385 A MX PA06005385A MX PA06005385 A MXPA06005385 A MX PA06005385A MX PA06005385 A MXPA06005385 A MX PA06005385A
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Freydina Evgeniya
Sezgi Aytac
Madhusudan Reshma
D Jha Anil
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Freydina Evgeniya
D Jha Anil
Madhusudan Reshma
Sezgi Aytac
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Wilkins Frederick
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Abstract

Se provee un aparato y método para producir agua purificada. El agua tratada se puede proveer para uso doméstico en el cual el agua se puede tratar eliminando especies disueltas seleccionadas y conservando al mismo tiempo las propiedades que puedan mejorar las propiedades o estética del agua.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA TRATAMIENTO DE AGUA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención está dirigida a un método y aparato para tratar agua y, de manera más especifica, para proveer agua de alta calidad para consumo y uso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El agua que contiene especies de dureza tales como calcio y magnesio puede ser indeseable para algunos usos en aplicaciones industriales, comerciales, y domésticas. Los lineamientos típicos para una clasificación de la dureza de agua son: 0 a 60 miligramos por litro (mg/l) como carbonato de calcio se clasifica como blanda; 61 a 120 mg/l como moderadamente dura; 121 a 180 mg/l como dura; y más de 180 mg/l como muy dura. El agua dura se puede ablandar o purificar removiendo las especies iónicas de dureza. Los ejemplos de sistemas que eliminan dichas especies incluyen aquellos que utilizan lechos de intercambio iónico. En dichos sistemas, los iones de dureza se unen iónicamente a especies iónicas con carga opuesta que están mezcladas en la superficie de la resina de intercambio iónico. Con el tiempo, la resina de intercambio iónico se satura con especies iónicas de dureza unidas iónicamente y se debe regenerar. La regeneración típicamente implica reemplazar las especies de dureza unidas con especies iónicas más solubles, tales como cloruro de sodio. Las especies de dureza unidas en la resina de intercambio iónico son reemplazadas por los iones de sodio y las resinas de intercambio iónico quedan listas de nuevo para un paso de ablandamiento de agua subsiguiente. Dichos sistemas han sido descritos. Por ejemplo, Dosch, en la patente E.Ü.A. No. 3,148,687 describe una lavadora que incluye un arreglo para ablandamiento de agua que utiliza resinas de intercambio iónico. De igual manera, Gadini et al . , en la publicación de solicitud internacional No. WO 00/64325, describe un electrodoméstico que utiliza agua con un dispositivo mejorado para reducir la dureza del agua. Gadini et al . , describe un electrodoméstico que tiene un sistema de control, un sistema de suministro de agua proveniente de una fuente externa y un sistema de ablandamiento con una celda electroquímica. La electro-desionización (EDI) es un procedimiento que se puede utilizar para ablandar el agua. EDI es un procedimiento que remueve las especies ionizables de los líquidos utilizando medios eléctricamente activos y un potencial eléctrico para influenciar el transporte de iones. Los medios eléctricamente activos pueden funcionar para recolectar y descargar de manera alternada las especies ionizables, o para facilitar el transporte de iones en forma continua mediante mecanismos de sustitución iónicos o electrónicos. Los dispositivos de EDI pueden incluir medios que tengan carga permanente o temporal y que se pueden hacer funcionar para ocasionar reacciones electroquímicas diseñadas para lograr o incrementar el desempeño. Estos dispositivos también incluyen membranas eléctricamente activas tales como membranas de intercambio iónico, o bipolares semi-permeables. La electro-desionización continua (CEDÍ) es un procedimiento en el cual el parámetro de dimensionamiento primario es el transporte a través de los medios, no la capacidad iónica de los medios, ün dispositivo de CEDÍ típico incluye membranas de intercambio aniónico y catiónico, semi-permeables, electro-activas, alternantes. Los espacios entre las membranas están configurados para crear compartimientos de flujo de líquido con entradas y salidas, ün campo eléctrico de CD transversal es impuesto por una fuente de alimentación externa utilizando electrodos en los límites de las membranas y compartimientos. Con frecuencia se proveen compartimientos de electrolito de modo tal que el producto de reacción de los electrodos se pueda separar de los otros compartimientos de flujo. Después de la imposición del campo eléctrico, los iones en el líquido son atraídos hacia sus contra-electrodos respectivos. Los compartimientos adyacentes, unidos por la membrana permeable a anión electro-activa que mira hacia el ánodo y la membrana catiónica electro-activa que mira hacia el cátodo, típicamente se agotan desde el punto de vista iónico y los compartimientos, unidos por la membrana permeable catiónica electro-activa que mira hacia el ánodo y la membrana aniónica electro-activa que mira hacia el cátodo, típicamente se tornan iónicamente concentrada. El volumen dentro de los compartimientos agotadores de iones y, en algunas modalidades dentro de los compartimientos concentradores de iones, también incluye los medios eléctricamente activos. En los dispositivos de CEDÍ, los medios pueden incluir resinas de intercambio aniónico y catiónico mezcladas íntimamente. Los medios de intercambio iónico típicamente incrementan el transporte de iones dentro de los compartimientos y pueden participar como un substrato para reacciones electroquímicas controladas. Los dispositivos de electro-desionización han sido descritos, por ejemplo, por Giuffrida et al . , en las patentes E.Ü.A Nos. 4,632,745, 4,925,541, y 5,211,823, por Ganzi en las patentes E.Ü.A Nos. 5,259,936 y 5,316,637, por Oren et al . en la patente E.U.A No. 5,154,809 y por Kedem en la patente E.U.A. No. 5,240,579.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la invención provee un método para proveer agua que comprende hacer pasar una primer flujo de agua a través de un compartimiento agotador de un dispositivo de electro-desionización para producir un segundo flujo de agua que tiene un LSI menor de 0 aproximadamente, hacer pasar el segundo flujo de agua a través de un compartimiento de cátodo del dispositivo de electro-desionización para producir un tercer flujo de agua, el tercer flujo de agua es menos corrosivo que el primer flujo de agua y tiene un LSI menor de 0 aproximadamente. En otro aspecto, la invención provee un método para proveer agua potable que comprende hacer pasar un primer flujo de agua a través de un compartimiento de cátodo de un dispositivo electroquímico para producir un segundo flujo de agua, hacer pasar el segundo flujo de agua a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico para producir un tercer flujo de agua que tiene un LSI menor de 0 aproximadamente, el tercer flujo de agua es menos corrosivo que el primer flujo de agua. En otro aspecto, la invención provee un método para retener un nivel de cloro residual en el agua que comprende eliminar más del 90% de cloro activo a partir de un primer flujo de agua; hacer pasar el flujo de agua través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico; eliminar una porción de cualesquiera iones disueltos en el flujo de agua, introducir el flujo dé agua a un bucle, el bucle incluye un recipiente de almacenamiento; e introducir cloro activo en un segundo flujo de agua al interior del bucle a una velocidad adecuada para mantener una concentración de cloro promedio efectiva en el bucle. En otro aspecto, la invención provee un método para retener selectivamente iones en un suministro de agua que comprende hacer pasar un agua de abastecimiento a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico, el agua de abastecimiento comprende iones monovalentes y divalentes; eliminar por lo menos 30% de los cationes divalentes a partir del agua de abastecimiento y retener por lo menos 80% aproximadamente de una especie que se selecciona a partir de sílice, boro y fluoruro, para producir un agua tratada; y suministrar el agua tratada para consumo doméstico. En otro aspecto, la invención provee un método para producir un agua purificada que comprende hacer pasar un flujo de agua a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico y ajustar un voltaje aplicado al dispositivo electroquímico para controlar la corriente que pasa través del dispositivo electroquímico a un nivel adecuado para eliminar más del 25% aproximadamente de cualquier calcio en el flujo de agua e inadecuado para eliminar más del 10% aproximadamente de cualesquiera especies de fluoruro o sílice a partir del flujo de agua. En otro aspecto, la invención provee un método que comprende ablandar un agua de suministro a través de un lecho de material de intercambio iónico para eliminar más del 30% de cualesquiera iones de dureza a partir del agua de abastecimiento para producir un agua blanda, suministrar el agua blanda para consumo doméstico, y descargar una solución concentrada que comprende calcio, en el cual la suma del contenido iónico del agua blanda y el contenido iónico de la solución concentrada no es mayor que el contenido iónico total suministrado por el agua de abastecimiento .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación se describen modalidades preferidas, no limitativas de la presente invención a manera de ejemplo y con referencia a las figuras anexas, en las cuales: La figura 1 es una ilustración en esquema de un dispositivo o módulo electroquímico de conformidad con una o más modalidades de la presente invención. La figura 2 es un diagrama en esquema de otro módulo de electro-desionización de conformidad con una o más modalidades de la presente invención. La figura 3 es una ilustración en esquema de un sistema de conformidad con una o más modalidades de la presente invención. La figura 4 es una gráfica que muestra cobre extraído a partir de una muestra de material (coupon) de cobre utilizando tres muestras de agua diferentes. La figura 5 es una gráfica que muestra cobre extraído a partir de una muestra de material de cobre después de exponer a tres aguas diferentes durante varias longitudes de tiempo. La figura 6 es una gráfica que muestra la cantidad de cobre extraído a partir de muestra sde material de cobre después de exponer a tres aguas diferentes en la cual el agua se cambia a diversos intervalos. La figura 7 ilustra gráficamente la conductividad del agua de producto y la corriente aplicada de conformidad con una o más modalidades de la invención; y La figura 8 ilustra gráficamente la conductividad de agua a partir de una pila y a partir de un tanque, así como la corriente aplicada durante el funcionamiento de conformidad con una o más modalidades de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención provee un método y aparato para proveer agua purificada o tratada a partir de una variedad de tipos de fuentes. Las posibles fuentes de agua incluyen agua de pozo, agua de superficie, agua municipal y agua de lluvia. El producto tratado puede ser para uso general o para consumo humano u otros cursos domésticos, por ejemplo, para bañarse, para lavar ropa, y para lavar vajillas. Con frecuencia, la calidad del agua para beber se asocia con agua altamente purificada. Sin embargo, en tanto que el agua esté libre de contaminación microbiana, la mejor agua para beber podrí no ser necesariamente la más químicamente pura. Por ejemplo, el agua que se ha purificado hasta una resistividad elevada, por ejemplo, mayor de 1 megaohmio, también puede estar tan carente de contenido iónico que ésta se vuelve "hambrienta" y corrosiva hacia material tal como cobre, el cual se puede usar en los sistemas de tubería de agua. El sabor también se puede ver afectado, por ejemplo, por la remoción de especies de bicarbonato. Asimismo, junto con las especies indeseables, se podrían eliminar compuestos químicos benéficos o deseables que se hayan agregado al agua, por ejemplo, especies de fluoruro y cloro, lo que da como resultado un agua que podría necesitar que sea re-fortificada. Si una casa se abastece con agua dura, es decir, con agua que contenga más de 60 ppm aproximadamente de carbonato de calcio, ésta con frecuencia se trata antes de que se utilice haciéndola pasar a través de un ablandador de agua. Típicamente, el ablandador de agua es del tipo de intercambio iónico recargable y está cargado con resina catiónica en forma de sodio y resina aniónica en la forma de cloruro. A medida que el agua pasa través del lecho de la resina, los contribuyentes más importantes para la dureza, tales como las especies de calcio y magnesio, se intercambian por sodio. De esta manera, el agua se puede ablandar a medida que se reduce la concentración de cationes divalentes y, en particular, de iones de calcio y magnesio. Sin embargo, se agrega un equivalente de sodio al agua tratada por cada equivalente de calcio que se elimina. Por lo tanto, aunque el agua se ablanda, la dureza se reemplaza con iones de sodio y algunos consumidores pueden encontrar indeseables. Asimismo, cuando estos lechos de intercambio iónico se recargan enjuagando con solución de cloruro de sodio, la salmuera resultante se debe eliminar y con frecuencia se descarga hacia un sistema séptico en el cual la salmuera queda disponible para que vuelva a entrar al agua fría freática. En algunas jurisdicciones, la descarga de salmuera a un sistema séptico doméstico está regulada o prohibida. Otros métodos para ablandar agua incluyen el uso de dispositivos de osmosis inversa que pueden suministrar agua con pureza elevada, pero por lo general lo hacen a una velocidad lenta y requieren del uso de una bomba de alta presión. Asimismo, muchas membranas de osmosis inversa pueden quedar obstruidas por la presencia de materiales disueltos tales como sílice, los cuales con frecuencia se encuentran en el agua de pozo. Aunque los ejemplos descritos en la presente invención utilizan dispositivos de electro-desionización, también pueden ser igualmente aplicables otras técnicas para tratamiento de agua, tales como desionización capacitiva. También se puede utilizar la electro-desionización continua para eliminar los componentes de dureza a partir de un suministro de agua. Sin embargo, la mayoría de los sistemas de CEDÍ tienen requerimientos de energía, espacio y mantenimiento que los hacen imprácticos para uso doméstico. Además, debido a que el cloro puede ser indeseable en presencia de resinas de intercambio iónico, si se va a ablandar un suministro de agua clorada, con frecuencia el cloro se debe eliminar primero del agua. Esto significa que cualquier agua tratada de esta manera no se beneficia de las propiedades bactericidas residuales del suministro de agua clorada. Con frecuencia, los sistemas de CEDÍ están diseñados para eliminar tantos iones como sea posible, y las especies fácilmente ionizables tales como calcio y sodio se eliminan en forma eficiente el modo tal que en el agua tratada permanece menos del 1% de los cationes presentes en el agua de suministro. Para muchos usos industriales y comerciales, está agua altamente pura puede ser benéfica, sin embargo, este nivel de pureza puede ser indeseable para un suministro de agua doméstica en el cual podría ser benéfico cierto nivel de contenido catiónico. Asimismo, está agua altamente pura puede ser corrosiva y puede ser propensa a atacar los tubos de cobre que con frecuencia están presentes en los sistemas de distribución de agua domésticos. Algunos sistemas de distribución de agua domésticos pueden incluir uniones soldadas con plomo, y los metales pesados, tales como plomo, también se pueden lixiviar en el agua que pasa a través de los tubos. En algunas jurisdicciones, pueden ser necesarios niveles mínimos de calcio con el fin de cumplir con las regulaciones referentes a salud y seguridad. Por lo tanto, un sistema de pureza elevada que elimine más de, por ejemplo, 90 o 99% del calcio a partir del suministro de agua puede ser inapropiado en estos sitios. La presente invención de conformidad con una o más modalidades, puede utilizar tecnología de CEDÍ para producir agua purificada o tratada con propiedades que pueden ser ideales para el agua para consumo doméstico. Por ejemplo, el aparato puede ablandar un suministro de agua dura o muy dura, y sin embargo retener cierto nivel de calcio, a un nivel por debajo de 60 ppm aproximadamente de carbonato de calcio. Además, el cloro puede ser retenido en el agua de modo tal que si el agua, después de tratamiento, se almacena durante cualquier longitud de tiempo, ésta conserva por lo menos algunas de sus cualidades bactericidas. Las especies de bicarbonato también pueden ser retenidas a niveles que provean agua con un mejor sabor. El fluoruro también puede ser retenido de modo tal que sean innecesarios los complementos de fluoruro. Además, también pueden ser retenidos compuestos tales como las especies de sílice, boro y otras especies menos ionizables a niveles deseados mayores que otros métodos de CEDÍ. Al retener algunos de estos materiales vestigiales, tales como boro y sílice, se pueden mejorar las propiedades del agua tratada con respecto al agua a la que se ha eliminado una cantidad mayor de estos materiales. En algunas modalidades de la presente invención, se puede retener por lo menos 80 o 90% de estos compuestos, mientras que se elimina más de 25%, 30% o 50% de los compuestos que contribuyen a la dureza, tales como calcio. Además, la invención provee la adición de hidrógeno (H2) al agua, lo cual puede contribuir a reducir la corrosividad del agua tratada. La adición de hidrógeno al agua se puede manifestar por sí sola mediante un incremento detectable en el hidrógeno disuelto o una reducción resultante en la concentración de especies oxidantes. Esto también puede proveer propiedades antioxidantes deseables. El pH, si se llega a alterar, por lo general es cercano al del agua de suministro y por lo tanto no tiene efectos perjudiciales sobre los equipos o sistemas que están diseñados para utilizar agua de la llave no ablandada a pH aproximadamente neutro. El aparato de la invención, aunque tiene un área de ocupación relativamente pequeña y utiliza menos energía que muchos sistemas de CEDÍ, u otros sistemas de tratamiento, aún puede suministrar cantidades de agua tratada o ablandada que satisfagan las situaciones de demanda domésticas máximas. Este puede suministrar agua blanda en forma continua, debido a que no se requiere un ciclo de recarga y se puede formar una reserva de agua tratada. Asimismo, el método y aparato de la presente invención puede proveer agua tratada sin incrementar la carga iónica descargada desde el sistema de tratamiento. Los sistemas de tratamiento químicos convencionales pueden requerir recarga con, por ejemplo, cloruro de sodio, que a su vez es sustituido por especies de dureza que son eliminadas del agua. Esto significa que tanto las especies de dureza como las especies sustituidas están presentes en cualquiera del agua blanda o en la salmuera descargada. Esto se puede sumar a la carga iónica de agua de desecho descargada desde la casa y puede dar como resultado, por ejemplo, riesgos para el agua freática. Algunas modalidades de la presente invención, sin embargo, pueden descargar únicamente aquel material iónico que entra al hogar a través del agua de suministro. Asimismo, la cantidad total de agua de desecho que se descarga como resultado del procedimiento de ablandamiento puede ser significativamente menor que aquella con aguas ablandadas en forma convencional, por ejemplo, menor de 10% o 5% del volumen de agua tratada. Una modalidad de un sistema de la invención se ilustra en forma esquemática en la figura 3. La figura 3 muestra un sistema ablandador de agua 10 que se puede utilizar en una variedad de instalaciones, tal como en un hogar. El agua de suministro se suministra en el punto de entrada 14, la cual puede ser, por ejemplo, agua de pozo o un suministro de agua municipal. En la T 24 el agua puede entrar a cualquiera o a ambos de los conductos 26 y 28. El agua que pasa a través del conducto 26 típicamente se dirige al conducto 94 en la T 22 y alimenta el recipiente de almacenamiento 12 después de pasar por el indicador de presión 20a y a través de la entrada 62. Cuando existe demanda de agua corriente abajo del dispositivo de almacenamiento, el agua sale a través de la salida 64, pasa por el detector de presión 20b y entra a cualquiera del conducto 96, conducto 98 o ambos dependiendo de la fuente de demanda. El conducto 98 conduce más allá del detector de presión 20d y de las válvulas 32a y 32b hacia el punto de servicio 18. El punto de servicio 18 puede estar conectado en comunicación de fluido con un sistema de plomería o se puede unir selectivamente a un punto específico de uso, tal como un aparato doméstico o baño. El agua que pasa a través del conducto 96 puede entrar a cualquiera del conducto 52 o el conducto 54, o ambos. En una configuración, el agua que entra al conducto 56 es dirigido por la válvula 32c hacia el conducto 70 y la bomba 30a. Después de pasar a través del conducto 72 y del dispositivo de pre-tratamiento 28a opcional el cual puede ser, por ejemplo, un filtro de carbono, filtro de material en partículas, o un dispositivo de aireación, el agua es dirigida hacia el conducto 60 en cuyo punto ésta entra al módulo de electro-desionización 100. El agua que entra a través del conducto 60 se purifica haciéndola pasar a través de uno o más compartimientos agotadores de iones (agotadores) y también puede pasar a través de un compartimiento de electrodo, por ejemplo el compartimiento de cátodo. Al instalar la plomería de los compartimientos agotadores (en los cuales se produce agua de producto, tratada) ya sea corriente arriba o corriente abajo del compartimiento del cátodo, el sistema se puede conectar a tierra a través del cátodo. Esto puede ser particularmente conveniente en una instalación doméstica, ya que esto puede reducir los riesgos de seguridad para el consumidor. Asimismo, el gas hidrógeno que se pueda formar en el cátodo se puede disolver en el agua de producto pasante, lo que da como resultado un agua de producto que puede ser menos corrosiva que el agua que no se hace pasar por el compartimiento del cátodo. El agua de producto puede alimentar (o recibir agua de este) el cátodo, el ánodo o ambos. Si el agua de producto se comunica con ambos electrodos, la instalación de plomería del sistema se puede efectuar de manera tal que los compartimientos agotadores estén en serie o en paralelo con los compartimientos de electrodo. Después de salir del módulo de electro- desionización 100 a través del conducto 63, el agua purificada se puede dirigir mediante la válvula 32e hacia el conducto 92 y el dispositivo lector de presión 20c. El agua procede después hacia la T 22 y es dirigida hacia el conducto 94 antes que entre al recipiente de almacenamiento 12. Por lo tanto, el recipiente de almacenamiento 12 puede incluir agua purificada proveniente del conducto 92 así como agua no tratada, o tratada en forma mínima, que es suministrada desde el punto de entrada 14. El recipiente de almacenamiento 12 puede estar configurado de modo tal que se mezclen estas dos fuentes de agua, o de manera alternativa, que se segreguen las dos fuentes de agua, por ejemplo, una de las fuentes de agua puede entrar al fondo del recipiente de almacenamiento 12 y procede en una manera de flujo de obstrucción (plug-flow) hacia arriba hacia la salida 64. Se puede mejorar el desempeño del módulo de electro-desionización 100 mediante pre-tratamiento que incluye la remoción de cloro, se puede hacer pasar un suministro de agua tratada municipal a través de un filtro reductor de cloro tal como el filtro de carbón 28a u otro dispositivo de pre-tratamiento antes del entrada al módulo de electro-desionización 100. Los dispositivos de pre-tratamiento también se pueden colocar en cualquier lugar en el bucle. El agua que entra al recipiente de almacenamiento 12 después de ser tratada en el módulo de electro-desionización 100 puede contener poco o ninguna cantidad de cloro (o de manera alternativa desinfectante) y para conservar un nivel de cloro residual en el tanque de almacenamiento 12 el agua se puede mezclar con agua no tratada proveniente del punto de entrada 14. De preferencia, el agua clorada se agrega a una velocidad adecuada para que dé como resultado un agua mixta que contiene suficiente cloro para inhibir la actividad bacteriológica. Cloro activo se refiere a aquellas especies que contienen cloro que presentan actividad antimicrobiana. En la presente invención, una concentración efectiva de cloro se define como una concentración de compuestos de cloro activo, por ejemplo, hipoclorito de sodio, que inhiba el crecimiento de bacterias, tales como E. coli, en el recipiente de almacenamiento 12. Por lo tanto, la proporción a la cual se mezclan el agua de suministro y el agua tratada en el recipiente de almacenamiento 12 puede depender de un número de factores que incluyen la eficiencia del dispositivo de electro-desionización 100, una concentración efectiva de cloro deseada, la velocidad a la cual se consume el agua contenida en el recipiente de' almacenamiento 12, la temperatura del recipiente de almacenamiento 12 y la fuente y calidad del agua de suministro. Desde luego, si se utiliza agua de pozo u otra fuente de agua no tratada, se puede omitir el mantenimiento de un nivel efectivo desinfectante . Aunque el agua se recicla a través del bucle de purificación, se puede suministrar agua adicional a través del conducto 54 hacia la válvula 32d y la cual ésta es dirigida hacia el conducto 88, bomba 30b, conducto 90, unidad de pre-tratamiento 28b y conducto 80 antes de entrar al módulo de electro-desionización 100. Desde el conducto 80, el agua puede alimentar uno o más compartimientos concentradores de iones (concentradores) los cuales también pueden tener la instalación de plomería conectada en serie con el compartimiento de ánodo. El compartimiento de ánodo puede estar ubicado ya sea corriente arriba o corriente abajo del compartimiento concentrador. Al pasar a través del compartimiento del ánodo, se puede reducir el pH del agua y esto puede dar como resultado agua que tenga un LSI más bajo. El LSI menor, el cual se puede reducir hasta menos de cero (no formación de incrustación) , disminuye el potencial de formación de incrustación del agua y por lo tanto provee un sistema con menor mantenimiento, recuperación de agua más alta, longevidad incrementada y más confiable. El concentrado que sale del módulo de electro-desionización 100 típicamente entra al conducto 82 y puede ser dirigido por la válvula 32f hacia los conductos 84 y 67 en donde una porción del concentrado se puede descargar hacia los desechos ya sea en forma constante o de manera intermitente a través de la válvula 32g y el drenaje 26. Una porción adicional del agua puede entrar al conducto 66 y puede ser reciclada hacia el módulo de electro-desionización 100 a través del conducto 86 y la válvula 32d. De esta manera, una solución concentrada puede aceptar iones hasta que se alcanza un nivel específico, por ejemplo, un LSI pre-elegido, de modo tal que se pueda descargar una cantidad mínima de agua y el mismo tiempo mantener un entorno no formador de incrustación a través de todo el bucle. Se puede mejorar la conservación de agua adicionalmente utilizando el concentrado para aplicaciones tales como irrigación, que no requieran de agua blanda. Si se utiliza un sistema o técnica de inversión de polaridad, los bucles previamente descritos se pueden intercambiar de modo tal que el bucle de purificación funcione como el bucle concentrador y el bucle concentrador funcione como el bucle de purificación. De conformidad con una o más modalidades de la invención, cuando se intercambian la polaridad del ánodo y el cátodo, también se intercambian la función de los compartimientos concentradores y agotadores y la bomba 30a, dispositivo de pre-tratamiento 28a, conducto 60 y conducto 63, así como la válvula 32e se convierten cada uno en parte del bucle concentrador. De igual manera, la bomba 30b, dispositivo de pre-tratamiento 28b, conductos 80 y 82 y válvula 32f se convierten en parte del bucle purificador que suministra agua al recipiente de almacenamiento 12. Por lo tanto, no sólo se intercambian los compartimientos del módulo de electro-desionización sino que todas las partes asociadas tales como los dispositivos de pre-tratamiento, bombas, válvulas, medidores y T's excepto posiblemente la válvula 32g, se alternan entre llevar agua purificada y agua concentrada, lo que da como resultado una oportunidad disminuida para formación de incrustación prolongada y una oportunidad incrementada respecto a la disolución de cualquier incrustación que se haya formado. Esto ha demostrado ser particularmente conveniente para reducir la formación de incrustación en componentes tales como válvulas, orificios, filtros o T's. Los ciclos de polaridad invertida se pueden basar en un número de factores, incluyendo tiempo, calidad del agua de fuente, temperatura, calidad del agua purificada, calidad deseada del agua e índices de uso del agua. Además de proveer niveles efectivos de cloro en el tanque de almacenamiento 12, el sistema se puede hacer funcionar para mantener niveles de otros componentes tales como bicarbonato, fluoruro, sílice y boro. El módulo de electro-desionización 100 puede contener material de intercambio iónico y se puede hacer funcionar a una corriente y velocidad de flujo diseñados para minimizar la remoción de algunas o de todas de dichas especies. Además, se pueden retener algunos de los componentes de calcio, magnesio, hierro, manganeso u otros componentes de pureza presentes en el agua para proveer un agua purificada que contenga, por ejemplo, 200, 300, 400 o 500 ppm aproximadamente de dureza. Esto puede dar como resultado un agua que sea menos corrosiva, y que presenten mejores cualidades estéticas que las del agua que ha sido reducida hasta un nivel más bajo de dureza. Al eliminar, por ejemplo, 20, 30, 40, 50 o 60% aproximadamente de los cationes divalentes en un solo pase a través del dispositivo de electro-desionización, el dispositivo puede requerir menos energía y un área de ocupación más pequeña que lo que podría requerir un dispositivo diseñado para eliminar de manera más completa los cationes divalentes del agua en un solo pase. De conformidad con modalidades adicionales, los sistemas y técnicas de la presente invención pueden comprender un sistema o subsistema de post-tratamiento que pueda destruir o inactivar cualesquiera bacterias que puedan ser suministradas a un punto de uso. Por ejemplo, el sistema de post-tratamiento puede comprender un aparato o dispositivo que irradie el agua tratada o purificada con radiación actínica o la exponga a ozono o elimine cualquier bacteria mediante ultrafiltración y/o microfiltración. LSI se refiere al índice de saturación de Langelier. El LSI podría no indicar qué tanta incrustación se puede presentar, pero puede proveer información respecto a si el agua puede o no depositar incrustación ( SI > 0) , disolver depósitos de calcio (LSI < 0) o estar en equilibrio (LSI = 0) con los depósitos de calcio. Típicamente, el LSI es igual al cambio de pH que pueda ser requerido con el fin de llevar un agua hasta condiciones de equilibrio. Por ejemplo, se puede llevar al equilibrio un agua que presente un LSI de 1.0 reduciendo el pH de agua en 1.0 unidades de pH. El cálculo del LSI se puede efectuar de conformidad con ASTM D-3739. De conformidad con una o más modalidades de la presente invención, ' se provee un método que reduce cualquier incremento en el pH al tiempo que también reduce la utilización de agua. El agua se puede hacer pasar a través del compartimiento del cátodo, así como a través de uno o más compartimientos agotadores de iones, y el agua que normalmente podría ser dedicada al compartimiento del cátodo únicamente puede funcionar tanto como • agua de producto y como electrolito para el compartimiento del cátodo. El agua se puede alimentar primero a uno o más, o todos los compartimientos agotadores de iones y después al compartimiento de cátodo, antes de su uso como agua de producto. De manera alternativa, el agua de suministro se puede hacer pasar primero a través del compartimiento del cátodo, después a través de uno o más compartimientos agotadores de iones y después a un punto de uso. De esta manera, toda, o una porción del agua que pasa a través del compartimiento de cátodo se puede utilizar como agua de producto, lo que da como resultado ahorros en agua. Dicho arreglo, en el que el compartimiento de cátodo puede estar conectado en comunicación de fluido a uno o más compartimientos agotadores de iones, también puede proveer conexión a tierra efectiva del sistema de agua a través del cátodo, dando como resultado, de esta manera, niveles más altos de seguridad y capacidad de servicio, lo cual puede ser preferido en instalaciones particulares tales como, por ejemplo, sistemas de agua domésticos. El agua se puede suministrar al compartimiento de cátodo a una velocidad que dé como resultado un incremento en el pH menor de 2 unidades de pH aproximadamente desde el momento de entrada hasta el momento de salida del compartimiento del cátodo. En otras modalidades, el incremento en el pH se puede limitar a 1, 0.5, 0.2, 0.1 o menos unidades de pH aproximadamente . Se puede emplear cualquier técnica para reducir el incremento en el pH. Una manera de controlar el incremento de pH en el electrolito para el cátodo (catolito) es incrementando el flujo de fluido a través del compartimiento del cátodo. En la comparación del flujo de agua a través de un compartimiento del cátodo con respecto al flujo a través de uno de los compartimientos agotadores en el módulo, una relación de flujo de aproximadamente 1:2, 1:5, 1:10, 1:50 aproximadamente o mayor puede proveer agua que presente un LSI preferible. Por ejemplo, si el flujo a través de un compartimiento agotador de iones es de aproximadamente 40 litros por hora, el flujo a través del compartimiento del cátodo puede ser de 400 litros por hora aproximadamente, lo que provee una relación de aproximadamente 1:10 entre el flujo a través de un compartimiento agotador de iones y el flujo a través del compartimiento de cátodo. Si el agua que pasa a través de todos los compartimientos agotadores de iones en un módulo se dirige también a través del compartimiento del cátodo, la relación de flujo entre el compartimiento de cátodo y un compartimiento agotador de iones individual (considerando flujo igual a través de cada compartimiento) será igual al número de compartimientos agotadores de iones en el módulo. Por ejemplo, en un módulo que contiene 25 compartimientos agotadores de iones, si toda el agua que pasa a través de los compartimientos agotadores de iones también pasa a través del compartimiento de cátodo, la relación del flujo de agua que pasa a través de cualquiera de los compartimientos agotadores de iones con relación al compartimiento de cátodo será de 1:25 aproximadamente, si el flujo a través de cada uno de los compartimientos agotadores de iones es el mismo. El uso del agua de producto como electrolito para el cátodo puede parecer contra-intuitivo por varias razones, incluyendo, por ejemplo, la resistividad más alta del agua .de producto en un compartimiento de cátodo que típicamente se desempeña de manera más adecuada con agua de baja resistividad. Sin embargo, el agua de producto puede ser de resistividad lo suficientemente baja, por ejemplo, menor de 1 mega-Ohmio aproximadamente, de manera tal que la conductividad a través del compartimiento del cátodo no se altere hasta un grado en el cual el desempeño del módulo se degrade de manera significativa. Asimismo, la adición de gas hidrógeno disuelto en el agua de producto a medida que ésta pasa a través del compartimiento del cátodo puede proveer un agua con corrosividad más baja sin un incremento concurrente en el LSI. Esta agua también puede brindar beneficios a la salud como resultado de, por ejemplo, actividad antioxidante. El agua que se produce utilizando esto también puede ser menos corrosiva hacia los componentes de cobre o que contengan cobre que cualquiera del agua de la llave sin tratamiento o un agua que se ablande utilizando medios convencionales.
La velocidad de flujo a través del compartimiento de cátodo se puede fijar o ajustar para que sea adecuada para reducir al mínimo la formación de incrustación. De preferencia, la velocidad de flujo a través del compartimiento de cátodo es mayor de 5 litros por minuto aproximadamente de agua por amperio de corriente que pasa a través del módulo. De manera más preferida, la velocidad de flujo a través del compartimiento de cátodo es mayor o igual a 12 litros por minuto aproximadamente de agua por amperio aplicado a través del módulo. Debido a que el aumento en pH que típicamente se presenta en el compartimiento del cátodo puede ser una función de, entre otros factores, la corriente que pasa a través del compartimiento, el incremento en el pH también se puede mitigar incrementando la velocidad de flujo a través del compartimiento en respuesta a un incremento en la corriente. Los módulos de CEDÍ convencionales con frecuencia padecen de formación de incrustación en los compartimientos concentradores de iones. Esto se puede deber a un incremento en el LSI que puede ser el resultado de un incremento en la concentración de calcio en el agua en los mismos . En otra modalidad, se puede reducir la formación de incrustación en los compartimientos concentradores de iones reduciendo el LSI del agua que pasa a través de los compartimientos concentradores. Un método para lograr esta reducción es utilizar por lo menos una porción del concentrado del flujo como electrolito para el ánodo (anolito) . De esta manera, el incremento en LSI que resulta de una concentración más alta de calcio y otros constituyentes iónicos disueltos se puede contrarrestar reduciendo el componente de pH del LSI. Esto se puede efectuar haciendo pasar el concentrado a través del compartimiento del ánodo. Por ejemplo, el agua se puede hacer pasar primero a través de uno o más de los compartimientos concentradores en un módulo de CEDÍ y después se puede dirigir a través del compartimiento del ánodo, como electrolito para el ánodo. El agua se puede descargar después a los desechos o se puede reciclar a través del sistema para acumular una concentración mayor de especies disueltas y de esta manera reducir o conservar la cantidad de agua que se debe descargar. Por lo tanto, se puede emplear un "bucle" que incluya por los menos un compartimiento concentrador y por lo menos un compartimiento de ánodo. Se puede sangrar o descargar una porción del agua en forma constante o intermitente desde dicho bucle de compartimiento concentrador/compartimiento de ánodo para evitar la acumulación de calcio u otros constituyentes iónicos hasta niveles que puedan dar como resultado la formación de incrustación. De manera alternativa, en lugar de que pase al desecho, esta agua fortificada en cuanto a iones se puede utilizar en aplicaciones que no requieran agua tratada, por ejemplo, irrigación, y otros usos convencionales de agua gris. El agua puede pasar ya sea a través del compartimiento de ánodo primero o pasar primero a través de uno o más compartimientos concentradores de iones. Por ejemplo, si se desea un agua con pH mínimo, entonces se puede incrementar el tiempo de residencia del fluido en el compartimiento de ánodo, por ejemplo, comunicando mediante comunicación de fluido con algunos o con solo uno de los compartimientos concentradores de iones. De manera alternativa, si todos los compartimientos concentradores de iones están en comunicación con el compartimiento de ánodo, entonces cada uno de estos flujos de fluido deben contribuir con fluido, y el flujo a través del compartimiento del ánodo será más grande, lo que da como resultado un decremento más pequeño en el pH. El agua se puede hacer pasar primero a través del compartimiento del ánodo y después a través de uno o más compartimientos concentradores de iones o, de manera alternativa, el agua se puede hacer pasar primero a través de uno o más compartimientos concentradores de iones y después a través del compartimiento del ánodo. Para evitar la formación de incrustación en los compartimientos concentradores de iones, se podría preferir suministrar primero el flujo de fluido al compartimiento del ánodo y después hacia el compartimiento o compartimientos concentradores de iones. De esta manera, se puede reducir el pH del material de abastecimiento (al igual que el LSI) antes que se introduzca al compartimiento concentrador de iones. Cuando el agua que pasa a través del compartimiento de ánodo y de los compartimientos concentradores de iones es parte de un bucle de re-circulación, podría ser menos importante hacer pasar el agua primero a través del compartimiento del ánodo, debido a que el fluido en el bucle de re-circulación (una porción del cual típicamente ya ha pasado a través del compartimiento del ánodo) puede proveer, de manera consistente, agua con pH disminuido a uno o todos los compartimientos concentradores de iones, sin tomar en consideración el orden en el cual se introduce material de abastecimiento nuevo a los dos compartimientos. En otra modalidad de la presente invención, por lo menos uno de los compartimientos agotadores de iones del módulo está en comunicación con el compartimiento del cátodo y por lo menos uno de los compartimientos concentradores de iones del módulo está en comunicación de fluido con el compartimiento del ánodo. Incluso en otra modalidad de la presente invención, la configuración de compartimiento de ánodo/concentrador puede ser similar o idéntica a la configuración de compartimiento de cátodo/agotador, de modo tal que cuando se conmuta la polaridad eléctrica aplicada del módulo, los dos flujos de fluido pueden también intercambiar funciones en forma correspondiente, poco después que se completa la inversión de la polaridad. Esto puede proveer un sistema de inversión de polaridad que reduce el número de válvulas requeridas en comparación con muchos sistemas de inversión de polaridad de CEDÍ. Por lo tanto, aunque se puede disminuir la necesidad respecto a la inversión de polaridad debido a la reducción en el LSI ocasionada por otros cambios en el diseño, si se desea la inversión de la polaridad, se puede conmutar la función de los bucles para que se adapten al cambio en la polaridad. Al construir cada uno de los dos bucles de tal manera que estos actúen en forma alternativa como un bucle concentrador/ánodo y un bucle agotador/cátodo, el bucle completo, y sus componentes asociados, no necesitan ser expuestos continuamente al fluido con LSI más alto. Es decir, cada bucle puede estar configurado y tener componentes que provean un grado de simetría funcional que permita que cada bucle desempeñe en forma alternada las funciones de concentrador y agotador. De conformidad con otra modalidad de la invención, se provee un sistema de tratamiento de agua, de preferencia un sistema basado en CEDÍ tal como el que se ilustra en la figura 3, a un punto de uso de modo tal que el agua tratada se pueda producir para consumo doméstico en una base continua sin regeneración. Se puede interrumpir un suministro de agua tratada cuando un dispositivo para tratamiento de agua convencional, tal como un ablandador recargable, requiera de regeneración. Sin embargo, la presente invención puede permitir un suministro no interrumpido de agua blanda. De manera adicional, el sistema puede ser instalado y atendido por técnicos entrenados en la instalación y mantenimiento de sistemas para tratamiento de agua tradicionales . La figura 1 ilustra una modalidad de la invención. El módulo 100 se muestra en sección transversal ilustrando un grupo de compartimientos agotadores de. iones y concentradores de iones paralelos y alternantes así como los compartimientos de cátodo y ánodo asociados en los extremos opuestos del módulo. El agua proveniente de una fuente doméstica, por ejemplo, agua de pozo o agua municipal que pudo haber sido tratada o no haciéndola pasar a través de un filtro de partículas y/o carbón, se alimenta al sistema mediante uno o más conductos tales como el conducto 116. Desde el conducto 116, el agua se alimenta a través de los compartimientos agotadores de iones 140a, 140b, y 140c. El agua se abastece desde el conducto 118 a los compartimientos concentradores de iones 130a, 130b, y 130c. Tanto los compartimientos agotadores como los concentradores típicamente se llenan con un material electro-activo o material para intercambio iónico tal como una resina de intercambio iónico (la cual puede estar unida o no unida) o fibras, y cada uno de los compartimientos está unido por una membrana permeable a aniones y una membrana permeable a cationes, aunque en otras modalidades un compartimiento puede estar unido por dos membranas de un tipo similar. Después de pasar a través de los compartimientos agotadores de iones 140a, 140b, y 140c, una porción, por ejemplo, 30%, de los SDT, en el agua, y en particular, una porción de los iones de dureza tales como calcio y magnesio típicamente pasa desde los compartimientos agotadores de iones a través de las membranas permeables a iones adyacentes hacia un compartimiento concentrador de iones adyacente. El agua pasa después a través del fondo de cada uno de los compartimientos agotadores de iones al conducto 160 el que a su vez alimenta al compartimiento de cátodo 120 que contiene al cátodo 122. El compartimiento de cátodo 120 puede contener o no material para intercambio iónico, y a medida que el agua pasa a través del compartimiento mientras que la corriente pasa a través del módulo, el pH del agua típicamente se incrementa y el gas hidrógeno típicamente se disuelve en el agua en cantidades de partes por millón. Después de salir del compartimiento del cátodo a través del conducto 180, el agua se puede unir a un bucle de recirculación en comunicación con un tanque de almacenamiento, o puede alimentar directamente un punto de uso . El agua que entra al módulo a través del conducto 118 pasa a través de los compartimientos de concentración 130a, 130b, y 130c, que están unidos por una membrana semipermeable a iones tal como una membrana permeable a aniones o una membrana permeable a cationes. Los compartimientos concentradores de iones se pueden llenar con medios electro-activos o con material para intercambio iónico tal como resinas o fibras de intercambio iónico. Después de pasar a través de los compartimientos concentradores de iones, el agua se fortifica con materiales iónicos que han sido recibidos desde los compartimientos agotadores de iones adyacentes. Esta agua, que ahora contiene un nivel mayor de SDT que cuando ésta entra a los compartimientos, sale de los compartimientos a través del conducto 150 y entra al compartimiento de ánodo 110, que contiene al ánodo 112, y el cual puede estar o no lleno con material para intercambio iónico. A medida que el agua pasa a través del compartimiento de ánodo 110, se puede reducir el pH del agua, reduciendo de esta manera el LSI del fluido concentrado. El agua sale después a través del conducto 170 en el cual toda, o una porción, del agua se puede sangrar hacia los desechos o descargar de manera intermitente a los desechos. El agua también puede entrar a un bucle que se recicla para abastecer los compartimientos concentradores 130a, 130b, y 130c de manera continua. De esta manera, se puede conservar agua mientras se sangra suficiente concentrado elevado de modo tal que el calcio, magnesio y otras especies iónicas no se acumulen hasta un nivel tal que se reduzca la eficiencia, tal como mediante formación de incrustación o la obstrucción de secciones del módulo o sus componentes asociados de tubería, filtros y válvulas. De esta manera, se pueden eliminar del agua el calcio y otras especies que contribuyen a la dureza al tiempo que se reduce al mínimo la cantidad de concentrado que se debe retirar del sistema. Por ejemplo, se puede descargar hacia los desechos menos del 15, 10 o incluso 5% aproximadamente del volumen de agua tratada. Asimismo, el concentrado removido del sistema puede ser útil en aplicaciones de agua no blanda, tal como para irrigación u otros usos que no puedan ser afectados de manera adversa por los niveles de dureza. La adición de niveles altos de calcio para elevar o amortiguar el pH puede ser benéfico para algunas aplicaciones que sean sensibles al pH, tales como el mantenimiento de pasto. Una modalidad alternativa se ilustra en la figura 2, que muestra al módulo 200 en sección transversal. El agua entra al módulo desde un suministro de agua no tratada, tratada o filtrada que puede ser parte de un bucle de almacenamiento, incluyendo un tanque de almacenamiento, ya sea a través del conducto 218 que alimenta el compartimiento del cátodo o del conducto 216 que alimenta al compartimiento de ánodo 210. El compartimiento de cátodo 220 incluye la placa de cátodo 222 mientras que el compartimiento de ánodo 210 incluye la placa de ánodo 212. Los espaciadores y electrodos en el sistema se pueden mantener juntos mediante conectores que pasan a través de los bloques de extremo 214 y 224. El agua que pasa a través del compartimiento de ánodo 210 sale del compartimiento a través del conducto 260 a un pH que es menor que cuando ésta entra al compartimiento . El pH de esta agua se puede controlar mediante varios factores incluyendo la velocidad de flujo del agua a través del compartimiento así como mediante la magnitud de la corriente eléctrica que pasa a través del módulo. Por ejemplo, mientras más grande sea la corriente y más baja sea la velocidad de flujo, mayor será la reducción en pH. Desde el conducto 260, el agua pasa a través de los compartimientos concentradores 230a, 230b, y 230c. Estos compartimientos pueden contener material para intercambio iónico tal como resina o fibras de intercambio iónico y pueden estar unidos por membranas semi-permeables 290 que pueden ser permeables a aniones, cationes o ambos. A medida que el agua pasa a través de los compartimientos 230a, 230b, 230c, ésta típicamente se incrementa en cuanto a concentración iónica debido a una transferencia de materiales iónicos provenientes de los compartimientos agotadores de iones adyacentes 240a, 240b, y 240c. Después de salir de los compartimientos concentradores de iones, el agua se dirige hacia el conducto 270 y una porción, o toda el agua se puede dirigir hacia el desecho ya sea de manera constante o intermitente. El conducto 270 también puede ser parte de un bucle de reciclado que sirve para suministrar el agua de regreso al conducto 216 y al compartimiento de ánodo 210 de modo tal que el agua se pueda concentrar adicionalmente antes que ésta se descargue al desecho. Cualquier volumen de agua que se pierda hacia los desechos se puede reponer mediante la adición de agua de suministro desde la entrada 216. El agua que entra a través del conducto 218 se puede dirigir hacia el compartimiento de cátodo 220 que contiene al cátodo 222. El agua pasa desde la parte superior del compartimiento de cátodo hacia el fondo del compartimiento de cátodo y sale del compartimiento a un pH que es más alto que cuando entra. Esta también puede salir con una concentración más alta de hidrógeno disuelto que cuando ésta entra al compartimiento del cátodo. Después de salir del compartimiento del cátodo y de entrar al conducto 250, el agua se puede dirigir hacia los compartimientos agotadores de iones 240a, 240b, y 240c. Estos compartimientos pueden contener material para intercambio de iones, por ejemplo, resinas o fibras de intercambio iónico. El material para intercambio iónico contenido en los compartimientos agotadores de iones puede ser material para intercambio aniónico, material para intercambio catiónico, material para intercambio iónico mixto o capas alternadas de material para intercambio aniónico, material para intercambio catiónico y/o material para intercambio iónico mixto. De preferencia, los compartimientos agotadores de iones contienen resina de intercambio iónico mixta al igual que los compartimientos concentradores adyacentes, lo que permite que los compartimientos cambien de función después de invertir la polarización. Después de pasar a través de los compartimientos agotadores de iones, el agua sale en un estado más purificado que cuando ésta entró, por ejemplo, conteniendo 20, 40, 60 u 80% de la concentración original de ion (y de manera particular, de la concentración de iones de dureza) . El agua se puede dirigir después al conducto 280 en donde ésta se puede enviar a un punto de uso, o hacia un sistema de bucle y almacenamiento en donde ésta se puede mezclar con agua adicional de la fuente y reciclar a través del módulo una o más veces. De esta manera, eliminando porcentajes relativamente pequeños de las especies iónicas contenidas en el agua, por ejemplo, 10, 20, o 40%, el agua puede estar significativamente más purificada después de pasar varias veces a través del sistema con la misma eficiencia de remoción. Por ejemplo, dependiendo de la velocidad a la cual se diluye el agua tratada con el agua de la fuente (la cual depende de la velocidad de uso) , un módulo que reduzca la concentración de las especies de iones de dureza en el agua en alrededor de 40% cada vez que pasa puede dar como resultado un agua purificada que contenga únicamente 20% de la dureza de la fuente de agua por sí misma. De esta manera, se puede proveer agua tratada mediante un módulo relativamente pequeño que funcione en condiciones de flujo bajo y corriente baja. Por ejemplo, en una base de concentración, un agua de suministro que tenga una concentración de dureza de hasta 1800 ppm aproximadamente, o mayor, se puede reducir hasta 600 ppm aproximadamente, o menos, implementando un sistema de bucle para reciclado. El módulo también se puede hacer funcionar en modo de polaridad invertida. Poco después que se invierte la polaridad de los dos electrodos, el bucle, incluyendo los compartimientos de ánodo y concentradores, pueden conmutar funciones con el bucle que incluye al compartimiento de cátodo y de dilución. De esta manera, el compartimiento 220 se convierte en el compartimiento del ánodo y el compartimiento 210 se convierte en el compartimiento del cátodo. De igual manera, los compartimientos 240a, 240b, y 240c se pueden convertir en los compartimientos concentradores de iones y los compartimientos 230a, 230b, y 230c se pueden convertir en los compartimientos de dilución agotadores de iones. Mediante asociación de un compartimiento de electrodo a una serie de compartimientos para intercambio iónico, se puede reducir el número de válvulas requeridas que serán activadas después de la inversión de la polaridad. Por ejemplo, en el módulo ilustrado a manera de ejemplo en la figura 2, pueden cambiar las funciones del conducto 270 y del conducto 280 simplemente conmutando las dos válvulas. Esto es contrario a los sistemas que pueden contener un mayor número de componentes regulados con válvula de manera independiente. Por ejemplo, si al compartimiento de ánodo, compartimiento de cátodo, compartimientos agotadores de iones y compartimientos concentradores de iones se les instala la plomería por separado, entonces se pueden requerir válvulas adicionales para cambiar en forma correspondiente la función de cada uno de estos compartimientos después de invertir la polaridad de los electrodos. La instalación de válvulas adicionales puede llevar a costos y requerimientos de mantenimiento incrementados . De conformidad con modalidades incluso adicionales, los sistemas y técnicas de la presente invención pueden comprender proveer sistemas y métodos para desinfectar cualquier componente mojado del sistema de tratamiento, por ejemplo, suministrando o exponiendo por lo menos una porción del componente mojado a un desinfectante tal como halógeno, un donador de halógeno, y/o un compuesto oxidante tal como compuestos de peroxígeno.
EJEMPLO 1 Debido a que el agua tratada con un sistema de CEDÍ puede contener niveles reducidos de SDT, pH y LSI cuando se compara con agua sin tratar, se evalúa el agua tratada mediante CEDÍ para determinar qué tan corrosiva puede ser el agua de producto. Estos resultados pueden ser de importancia particular cuando el agua tratada mediante CEDÍ se va a utilizar en un sistema que incluya tubería de cobre, tal como muchos sistemas - de agua residenciales. De manera específica, se evalúa el agua tratada de conformidad con una modalidad de la invención respecto a la corrosividad hacia cobre en paralelo con agua sin tratar, agua tratada mediante CEDÍ, y agua tratada mediante un sistema de ablandamiento convencional. La prueba de corrosión, o lixiviación, se efectúa en tubos de cobre de 2.54 cm de diámetro x 5.08 cm de largo como muestras de material. Las muestras incluyen agua tratada mediante CEDÍ (dos configuraciones) como el agua de desafío con agua no tratada y agua blanda como dos controles. El agua no tratada (DURA) es agua de pozo proveniente de Northbrook, Illinois que tiene un nivel de SDT de 490 ppm aproximadamente, una dureza de 308.16 mg/l aproximadamente y un pH de 7.8 aproximadamente. El LSI del agua no tratada varía desde 0.8 hasta 1.0. El agua ablandada en forma convencional (BLANDA) se obtiene tratando el agua de pozo con un ablandador de 22.86 cm que contiene 0.02832 m3 de resina CULLEX® estándar disponible de Culligan Corporation, Northbrook, Illinois. El agua de CEDÍ se produce en la prueba 1 con un sistema que no incluye un depósito en línea. En la prueba 2, el agua tratada mediante CEDÍ (PRODUCTO) se obtiene en la salida del tanque del depósito en línea del sistema de CEDÍ ilustrado en la figura 3. Por lo tanto, la prueba 2 incluye hacer pasar el agua de producto CEDÍ a través de los compartimientos agotadores y después a través del compartimiento de cátodo del módulo de CEDÍ. Las muestras de material de prueba se preparan cortando un tubo de cobre de 2.54 cm de diámetro en piezas de 5.08 cm de largo y se desbastan para eliminar todas las rebabas. Las muestras de material se enjuagan en acetona seguido por agua RO para eliminar cualesquiera grasa y recortes metálicos provenientes de la operación de corte. Las muestras de material se limpian cada una en 150 mi de solución de HCl 2N durante un minuto y se secuestran en una solución neutralizante. Estas después se almacenan en un desecador durante la noche después que se enjuagan de nuevo con agua RO y se secan. Se preparan un total de 12 muestras de material para la prueba 2. Cada categoría de agua se coloca en 5 vasos de precipitados de 500 mi. Cada una de las muestras de agua se muestrea en forma periódica y en patrones similares. Las muestras se evalúan de la siguiente manera: Prueba 1 La primera prueba incluye menos muestras que la prueba 2 y el análisis de corrosión se efectúa bajo condiciones de estancamiento. Las muestras de agua de producto se toman a partir del sistema y se analizan en el día 1, día 4 y día 12. El agua se trata en un sistema de CEDÍ de flujo bajo sin un depósito en línea. El agua se hace pasar una vez a través de los compartimientos agotadores (no a través del cátodo) bajo las siguientes condiciones : • 25 pares de celdas -pila pequeña de flujo bajo con trabajo continuo, operación de un solo pase • Tamaño del compartimiento: 19.05 cm x 3.048 cm de ancho • Relleno de resina: 60% de resina aniónica IRA-458, 40% de resina catiónica SF-120 • Velocidad de flujo de recirculación del concentrado y de descarga del producto: 1 1/min aproximadamente • Velocidad de flujo de descarga continua de desecho/rechazo: 500 ml/min aproximadamente • Velocidad de flujo continuo del electrodo: 300 ml/min aproximadamente por electrodo. Se envía agua de suministro nueva a los compartimientos de electrodo • Voltaje aplicado = 36 V, o 1.45 V/celda • Conductividad del material de abastecimiento: 740 µS • Producto obtenido a partir de una operación de un solo pase Los resultados de corrosión provenientes de la prueba 1 se reportan en las figuras 5 y 7 y proveen una comparación de agua sin tratar, agua ablandada en forma convencional y el agua que se produce utilizando el sistema de CEDÍ, como se describió anteriormente.
Prueba 2 A- Se utiliza agua estancada como un control (control) sin ninguna muestra de material. Las muestras de agua estancada que no contienen una muestra de material se analizan en los días 1, 5 y 12, al igual que las muestras C, D y E (véase más adelante) . B- Cada una de las tres aguas (cambios) se coloca en un vaso de precipitados separado y el agua se cambia periódicamente para permitir que la muestra de material sumergida entre en contacto con agua nueva. Esto se efectúa para observar el efecto de agua nueva sobre el lixiviado. El agua intercambiada se analiza cada vez que se cambia el agua. El agua en estas muestras se cambia en los días 1, 5, 9, y 12. C- Se sumerge en una muestra de material en cada una de las tres aguas (estancada) exactamente durante un día. El agua se envía para análisis después se transcurrir un día. D- Se sumerge una muestra de material en cada una de las tres aguas (estancada) durante 5 días. El agua se envía para análisis después de 5 días de estancamiento.
E- Se sumerge una muestra de material en cada una de las tres aguas (estancada) durante 12 días. El agua se envía para análisis después de 12 días de estancamiento. La prueba 2 se efectúa con un sistema de CEDÍ utilizando un depósito en línea y tecnología de producto a través del cátodo bajo las siguientes condiciones: • 25 pares de celdas -pila de tipo producto a través del cátodo con sistema de depósito/tanque en línea • Tamaño del compartimiento: 19.05 cm x 3.048 cm de ancho • Relleno de resina: 60% de resina aniónica IRA-458, 40% de resina catiónica SF-120 • Velocidad de flujo de recirculación del concentrado y de recirculación de producto: 1.4 1/min aproximadamente • Velocidad de flujo de lavado (lavado en forma periódica) de desecho/rechazo: 200 ml/min aproximadamente • Agua de producto través del cátodo, flujo de recirculación de concentrado a través del ánodo • Voltaje aplicado = 51 V, o 2.04 V/celda • Conductividad del material de abastecimiento: 740 µS • Muestra de agua de producto recolectada a partir del tanque en el punto predeterminado de 220 microsiemens Los datos de la prueba 2 se presentan más adelante en la figura 8. En las siguientes tablas 1-4 se provee una comparación de la concentración de cobre, pH, LSI y alcalinidad del agua tratada mediante el sistema de CEDÍ (PRODUCTO) , agua blanda tratada en forma convencional (BLANDA) y agua dura sin tratar (DURA) .
TABLA 1 Concentración de Cu en ppm TABLA 2 10 pH TABLA 3 LSI a 22°C TABLA 4 Alcalinidad a 22°C Niveles de SDT: Agua tratada mediante CDI - 135 ppm aproximadamente, Agua blanda -480 ppm aproximadamente, Agua dura - 490 ppm aproximadamente.
La figura 4 ilustra en forma gráfica los resultados bajo condiciones de estancamiento de la prueba 2. La figura 5 ilustra en forma gráfica los resultados bajo condiciones de estancamiento de la prueba 1. Ambas figuras 4 y 5 muestran que el agua tratada mediante CEDÍ es menos corrosiva que el agua de abastecimiento y el agua ablandada en forma convencional. La figura 6 ilustra en forma gráfica los resultados de la prueba 2 cuando las muestras de agua se cambian en forma intermitente. De nuevo, el agua de producto de CEDÍ de la presente invención es consistentemente menos corrosiva que tanto el agua de suministro como el agua ablandada convencionalmente. La figura 7 ilustra la corriente utilizada y la conductividad del agua que se produce en la prueba 1. La figura 8 ilustra la corriente utilizada y la conductividad del agua que se produce en la prueba 2 y muestra calidad de agua mejorada con respecto a la lograda en la prueba 1 (figura 7) . Los resultados demuestran que la concentración de cobre lixiviado en todas las pruebas y bajo todas las condiciones es la más baja en las muestras tratadas mediante CEDÍ . El agua de CEDÍ tiene valores de pH más bajos que tanto el agua ablandada en forma convencional como el agua dura. Como se esperaba, los valores de pH, alcalinidad y LSI en las muestras de agua ablandada en forma convencional y tratada con CEDÍ se incrementan con el estancamiento. Los valores de LSI y alcalinidad para agua dura sin tratar se reducen con el estancamiento. La concentración de cobre lixiviado se incrementa con el estancamiento excepto en las muestras de agua' tratadas mediante CEDÍ en las cuales el nivel de cobre lixiviado se estabiliza después de 5 días, como se muestra en la figura 4. Por lo tanto, el agua que se trata utilizando el aparato de la figura 3 (producto a través de cátodo) da como resultado lixiviación reducida de cobre a pesar de presentar un pH más bajo, un LSI menor (negativo) y una alcalinidad más baja que cualquiera del agua de suministro dura o el agua ablandada en forma convencional. Además, el agua de CEDÍ de la prueba 2 es significativamente menos conductora (más pura) que el agua de la prueba 1, no obstante que es igual de no corrosiva que el agua con la conductividad más alta. Esto significa que el método y aparato de la prueba 2 pueden ser particularmente apropiados para ser utilizados en un sistema de suministro de agua que presente tubos de cobre u otros materiales en los cuales la corrosión pueda ser una preocupación. Como se define en la presente invención, se considera que un agua es menos corrosiva si ésta presenta una concentración de cobre más baja cuando se somete a uno o más de los procedimientos de prueba descritos anteriormente. El agua de producto de la presente invención, por lo tanto, puede ser menos corrosiva que cualquiera del agua de suministro o el agua ablandada en forma convencional . Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que todos los parámetros y configuraciones descritos en la presente invención pretenden ser sólo ejemplos y que los parámetros y configuraciones reales dependen de la aplicación específica para la cual se utilizan los sistemas y métodos de la presente invención. Los expertos en la técnica podrán reconocer o ser capaces de establecer, utilizando no más que la experimentación de rutina, muchos equivalentes para las modalidades específicas de _ la invención descrita en la presente. Por ejemplo, los expertos en la técnica pueden reconocer que el sistema, y componentes del mismo, de conformidad con la presente invención también pueden comprender una red de sistemas o ser un componente de un sistema tal como un sistema de gestoría doméstico o residencial. Además, los sistemas y técnicas de la presente invención se han descrito en términos de un dispositivo de electro-desionización; sin embargo, se pueden utilizar otros dispositivos o sistemas electroquímicos como un aparato de tratamiento que reduzca una concentración o que elimine, por lo menos parcialmente, cualesquiera especies indeseables en un fluido a ser tratado. Otros dispositivos electroquímicos apropiados pueden incluir aparatos de electro-diálisis y aparatos de desionización capacitiva. Por lo tanto, se debe entender que las modalidades anteriores se presentan únicamente a manera de ejemplo y que, dentro del campo de las reivindicaciones anexas y los equivalentes para las mismas, la invención se puede practicar en una forma diferente a la descrita específicamente. La presente invención está dirigida a cada característica, sistema, o método individual descritos en la presente. Además, cualquier combinación de dos o más de dichas características, sistemas, o métodos, si dichas características, sistemas y métodos no son mutuamente inconsistentes, queda incluida dentro del campo de la presente invención.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1.- Un método para proveer agua que comprende: hacer pasar un primer flujo de agua a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico para producir un segundo flujo de agua que tenga un LSI menor de 0 aproximadamente; hacer pasar el segundo flujo de agua a través de un compartimiento de cátodo del dispositivo electroquímico para producir un tercer flujo de agua, el tercer flujo de agua es menos corrosivo que el primer flujo de agua y tiene un LSI menor de 0 aproximadamente.
2. - El método de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la corrosividad del segundo flujo de agua se reduce haciendo pasar el agua a través del compartimiento de cátodo.
3. - El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tercer flujo de agua se hace menos corrosivo reduciendo la concentración de especies oxidantes en el flujo de agua.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo electroquímico comprende un dispositivo de electro-desionización.
5.- Un método para proveer agua potable que comprende : hacer pasar un primer flujo de agua a través de un compartimiento de cátodo de un dispositivo electroquímico para producir un segundo flujo de agua; hacer pasar el segundo flujo de agua a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico para producir un tercer flujo de agua que tenga un LSI menor de 0 aproximadamente, el tercer flujo de agua es menos corrosivo que el primer flujo de agua.
6.- El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la corrosividad del primer flujo de agua se reduce haciendo pasar el agua a través del compartimiento de cátodo.
7. - El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el tercer flujo de agua se hace menos corrosivo reduciendo la concentración de especies oxidantes en el flujo de agua.
8. - El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo electroquímico comprende un dispositivo de electro-desionización.
9.- Un método para retener un nivel de cloro residual en agua que comprende: eliminar más del 90% de cloro activo a partir de un primer flujo de agua; hacer pasar el flujo de agua a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico; eliminar una porción de cualesquiera iones disueltos en el flujo de agua; introducir el flujo de agua a un bucle, el bucle incluye un dispositivo de almacenamiento; e introducir cloro activo en un segundo flujo de agua en el bucle a una velocidad adecuada para mantener una concentración de cloro promedio efectiva en el bucle.
10.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la concentración de cloro efectiva es mayor de 25% de la concentración de cloro en el primer flujo de agua.
11.- Un método para retener selectivamente iones en un suministro de agua que comprende: hacer pasar un agua de suministro a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico, el agua de suministro comprende iones monovalentes y divalentes; eliminar por lo menos 30% de los iones divalentes a partir del agua de suministro y retener por lo menos 80% aproximadamente de una especie que se selecciona a partir de sílice, boro y fluoruro, para producir un agua tratada; y abastecer el agua tratada para consumo doméstico .
12.- Un método para producir un agua purificada que comprende : hacer pasar un flujo de agua a través de un compartimiento agotador de un dispositivo electroquímico; y ajustar un voltaje aplicado al dispositivo electroquímico para controlar la corriente que pasa a través del dispositivo electroquímico hasta un nivel adecuado para eliminar más del 25% aproximadamente de cualesquiera iones de dureza en el flujo de agua e inadecuado para eliminar más del 10% aproximadamente de cualesquiera especies de fluoruro o sílice a partir del flujo de agua.
13.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque se elimina menos del 10% de cualesquiera especies de fluoruro.
14.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque se elimina menos del 10% de cualesquiera especies de sílice.
15.- El método de conformidad con la reivindicación 12, que comprende también hacer pasar el agua purificada a través del compartimiento agotador una segunda vez.
16.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo electroquímico comprende un dispositivo de electro-desionización.
17.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo electroquímico comprende un dispositivo de electro-diálisis .
18.- Un método que comprende: hacer pasar un agua de suministro a través de un lecho de material de intercambio iónico para eliminar más del 30% de cualesquiera iones de dureza a partir del agua de suministro para producir un agua blanda; abastecer el agua blanda para consumo doméstico; y descargar una solución concentrada que comprende calcio, caracterizado porque la suma del contenido iónico del agua blanda y el contenido iónico de la solución concentrada no es mayor que el contenido iónico total suministrado por el agua de suministro.
19.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el agua blanda es menos corrosiva que el agua de suministro.
20.- El método de conformidad con la reivindicación 18, que comprende también aplicar una corriente eléctrica a través del lecho de material intercambio iónico .
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