TW201326059A - 抗水垢之水處理系統及方法 - Google Patents

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Frank A Brigano
John H Schroeder
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Abstract

本發明關於一種抗水垢之水處理系統，組成物及相關方法。該系統藉由釋放少量轉化劑至水中而抑制硬水垢形成。

Description

抗水垢之水處理系統及方法
本發明關於一種抗水垢之水處理系統及方法。該系統將少量轉化劑釋放至水系統之水中而抑制水系統中的硬水垢形成。該轉化劑係將水中的碳酸鈣結晶轉向文石形式。
來自天然來源的水可能包括各種礦物及物質，如碳酸鈣(CaCO3)與碳酸鎂。CaCO3在水中的溶解度隨溫度增加而降低，故水被熱水器加熱或僅從冷室外管線進入溫暖的建築物中即結晶成為「方解石」(又名石灰石)。
方解石為稠密塊狀，且可結合如鐵、鎂與錳之金屬成為其結晶形式，其因沉積在例如管線及其他衛生器具、熱水器、蓮蓬頭、洗碗機的內部，以及其他輸送或使用水之系統(水系統)中的表面上而形成硬水垢。包括其他金屬通常會使硬水垢成為橙棕色。硬水垢頑固地黏附表面且難以移除。硬水垢沉積物及累積物會產生許多問題，包括降低熱水器使用壽命，水系統接頭漏水，以及例如因改變管線內部且變窄及阻塞水系統組件而限制水流。
一種控制硬水垢及其影響之方式為物理性移除水垢，如以酸或磷酸鹽處理。另一種方式為以方解石奈米結晶對流動水種晶。方解石奈米結晶被作為晶核生成位置而誘發結晶在流動水流內但不在衛生器具表面上生長。其他的裝置則試圖藉由以離子交換樹脂移除促成硬 水垢之礦物而防止硬水垢沉積。然而，這些處理本身均有困難。例如離子交換樹脂一般以鹽再生而必須使用大量的鹽。
另一種抑制硬水垢累積之方式係關於將CaCO3轉向一種較不常見的結晶形式，即所謂的「文石」。文石具有薄、脆、針狀形態，且不趨於結合金屬成為其結晶基質。文石硬水垢亦被稱為「軟水垢」，特徵為純白色的柔軟或蓬鬆狀外觀，且比硬水垢容易從表面機械式移除，例如藉洗滌或藉流動水流。軟水垢不似硬水垢會容易或頑強地沉積在水系統中。將水垢形成轉向文石則可使水硬度之主要成分通過水系統卻不形成硬水垢，而抑制硬水垢累積。
一些水垢抑制裝置使用鋅將CaCO3結晶轉向文石。「鋅陽極」裝置操作如同2種陰電性不同的金屬之間的伏打電池：犧牲陽極(鋅)及受保護陰極(如銅管)。在使用時，鋅陽極裝置將鋅釋放至硬水流中而將碳酸鈣轉向文石形式。然而，使用鋅陽極系統有重要的議題。鋅釋放量會依組成物、pH及水溫，且依與陽極維持電接觸的以管(經常為銅)之形式所存在的「陰極」有多大而大為不同。鋅釋放量太低則無法提供有效的抗水垢性質，太高則在攝取上不安全。水污染物(如H2S)會與銅劇烈地反應而造成鋅陽極快速犧牲。將數公斤的電極保持對家居衛生器具系統電接觸亦成問題。鉛亦常隨鋅存在成為污染物，且會被釋放至以鋅陽極裝置所處理的水中，有可能為大量。
轉向文石但無這些困難的抗水垢之水處理系統(亦稱為「抗水垢系統」)為硬水垢問題所需的解答。此系統對現有抗水構系統之問題較佳地提供安全、經濟性、及簡單的解決方法。
本發明之一部分關於一種用於在暴露於流動水的水系統及裝置中抑制硬水垢形成之抗水垢之水處理系統。該抗水垢之水處理系統包含水入口、水出口、及位於水入口與水出口之間的抗水垢轉化介質(「轉化介質」)。該轉化介質包含約5-97重量百分比的在水中的溶解度低之轉化劑、及約3-95重量百分比之黏合劑的組合。該轉化介質視情況包含添加劑。在使用時，水來源(依照本發明進行抗水垢處理之水)流經水入口，然後通過轉化介質，最後通過水出口而重新加入水系統中的水或前進至水系統或最終使用裝置。
本發明亦關於一種轉化介質，其為例如粒狀、塊狀或纖維形式、或其組合。轉化介質在水中的低溶解度可避免將轉化劑過量地釋放至水中，且可隨水流經轉化介質而由轉化介質緩慢、平衡地釋放。轉化劑較佳為氧化鋅(ZnO)或碳酸鍶(SrCO3)。本發明之轉化介質為靜態，便於使用，長效，製造上具經濟性，且在銅管或具有高H2S含量之水存在下比鋅陽極系統更可靠而不易變質。在一較佳具體實施例中，本發明之轉化介質顆粒具有高體密度而促成其耐久性及長效性質。製造及使用本發明系統之方法亦為本發明之一部分。
在此所述的抗水垢之水處理系統係用於在水系統中，尤其是在暴露於流動水之內表面上，抑制硬水垢形成。該系統之成分為此目的而一起作業。水系統通常為輸送或使用水之系統，且包括衛生器具之整體或一部分，如管線、管接頭、水槽、熱水器、蓮蓬頭、洗碗機、增濕機、工業用水處理設備、加熱及/或冷卻水塔、灑水系統、馬桶、花園軟管、灑水器，以及其他用於在建築物中供應、儲存或循環水之設備。具有水系統之建築物包括所有規模的住宅、商用、混合、及工業建築物。本發明對於處理飲用水，尤其是用於輸送飲用水之水系統，具有較佳的安全性。
〔文石及方解石〕
第A圖顯示CaCO3的兩種結晶形式之掃描電子顯微鏡(SEM)照片：方解石(稠密、塊狀結晶)及文石(薄、針狀結晶)。如上所述，方解石趨於形成橙棕色硬水垢，而文石則形成蓬鬆狀白色軟水垢。第B圖表1顯示方解石及文石水垢、以及取自暴露於流動硬水之硬水垢的組成物之EDX分析。硬水垢之鎂含量接近方解石，而文石的鎂比方解石少大約6倍。方解石及文石亦產生獨特的X-射線繞射(XRD)圖案(未顯示)。
〔轉化劑〕
本發明之「轉化劑」將水中的CaCO3結晶轉向文石形式，且在水中的溶解度低。較佳為轉化劑溶於中性pH(pH 7)水中的範圍為約0.0001至約0.05克/升，甚至更 佳為0.0005至約0.03克/升，甚至更佳為約0.001至約0.02克/升，甚至更佳為ZnO在水中的溶解度(在30℃於pH 7為0.0016克/升)至SrCO3在水中的溶解度(在18℃於pH 7為0.011克/升)，且最佳為約ZnO在水中的溶解度(0.0016克/升)及/或約SrCO3在水中的溶解度(0.011克/升)。轉換成不同的單位，本發明之轉化劑在pH 7水中的溶解度為約0.1至約50 ppm，更佳為約0.5至約30 ppm，甚至更佳為約1至約20 ppm，甚至更佳為約1.6至約11 ppm，且最佳為1.6及/或11 ppm。以上的ppm範圍相當於轉化劑毫克數/升。
本發明之轉化劑的溶解度會隨水pH而稍微不同。較佳為欲以本發明之系統進行抗水垢處理之水的pH為約5.5至約8.5，更佳為約5.5至約8.0，甚至更佳為約6至約8，甚至更佳為約6.5至約8，且甚至更佳為約6.5至約7.5。應注意，不受理論所限制，ZnO及SrCO3的溶解度隨pH降低而增加。
本發明之轉化劑較佳為在被包括於轉化介質中之前具有約10奈米至約2000微米之粒度。例如轉化劑在被包括於轉化介質中之前的粒度可大於180奈米，大於2微米，或大於3微米；及小於500微米，小於100微米，或小於50微米。在一較佳具體實施例中，一組轉化劑粒子在被包括於轉化介質中(或添加其他物質)之前的平均粒度為約2微米-25微米。在另一較佳具體實施例中，轉化劑粒子在被包括於轉化介質中之前的平均粒度為約180奈米至約360奈米。
較佳為轉化劑及/或黏合劑在被包括於本發明之轉化介質中之前為至少90%純，更佳為至少95%純，更佳為至少98%純，且最佳為至少99%純(其中100%純表示轉化劑或黏合劑中不存在其他物質，及其中100%表示從以上任何百分比開始的範圍之上限)。
〔氧化鋅(ZnO)及碳酸鍶(SrCO3)〕
本發明之較佳轉化劑為ZnO及SrCO3。ZnO在水(pH 7,30℃)中具有1.6 ppm(1.6毫克/升)之平衡溶解度。鋅在飲水中的許可上限為5 ppm(5毫克/升)。SrCO3在中性水(pH 7,18℃)中具有約11 ppm(0.011克/升)之平衡溶解度。
在本發明中使用這些轉化劑所提供之優於現行最新技術領域的額外優點為，由於其在水中的溶解度低，故釋放轉化劑為自動限制性，因此避免釋放不安全程度之任一試劑至飲水中。例如本發明所釋放的ZnO通常不超過1.6 ppm，除非水明顯為酸性或鹼性。若有如銅之其他物質仍不驅使平衡向前，不似例如鋅陽極系統，其釋放太多鋅，尤其是在銅存在下。
在本發明中，這些轉化劑可單獨或彼此組合而存在。任一或兩種轉化劑亦可組合一種或以上的適合本發明之其他轉化劑而存在。
〔鋅(Zn)、硫化鋅(ZnS)及磷酸鋅〕
其他的鋅物種，如Zn及ZnS，會使碳酸鈣不轉向方解石而偏向形成文石。然而，Zn及ZnS分別為太易溶解及不溶性，而無法用於本發明之抗水垢系統。Zn在水中 以0.29克/升(290 ppm,pH 7)之濃度溶解，且在本發明中會被靜態介質太快耗盡而可能在欲攝取的水中造成不安全的鋅量(>5 ppm)。磷酸鋅通常亦太易溶解而無法作為本發明之轉化劑，尤其是在約pH 8，故無法用於本發明。ZnS太不溶於水(5.3×10-10克/升)，且在流動水中無法達到足以提供本發明之抗水垢效果的劑量。
〔黏合劑〕
本發明之「黏合劑」為與轉化劑點接觸，黏合轉化劑且形成連續網膜或基質，而可將轉化劑緩慢溶解及釋放至水(較佳為流動水)中，及防止將轉化劑過度釋放至水中(例如將大量未溶解轉化劑釋放至水中)的物質。在將轉化劑釋放至水(較佳為流動水)中時，黏合劑不阻止或實質上改變轉化劑之轉向文石功能。參見例如第E圖，其中顯示被矽酸鹽黏結的岩狀ZnO結晶。黏合劑會影響ZnO濃度及水垢減少程度，以及其他與本發明的抗水垢之水處理系統相關的操作因素。
黏合劑可原為如固體顆粒的固體形式、或其他可研磨成固體粒狀形式的固體形式，及凝膠、膠體、膠結劑，或其他可使黏合劑黏合轉化劑且製造本發明之轉化介質的形式。黏合劑較佳為多孔性而增加可用表面積及可能的暴露區域，以及被黏結的轉化劑之釋放。
如上所述，本發明之轉化劑為自動限制性，且主要依其在水中的溶解度而定。在依照本發明組合轉化劑及黏合劑時，黏合劑將轉化劑保持在定位，將轉化劑暴露於流動水，而可依例如水pH、水溫、及水與轉化介質/ 轉化劑之間的接觸時間，將轉化劑以預期的平衡溶解率之約4%至200%溶解。轉化劑溶解趨於隨pH降低，溫度增加，及水接觸時間增加而增加。較佳為轉化劑溶解為其平衡溶解率之約10-125%。亦較佳為依照本發明釋放轉化劑可為其在水中的平衡溶解度之約20-125%，30-125%，40-120%，50-120%，60-120%，70-120%，80-120%，90-120%，及95-120%。這些範圍為所需的轉化劑溶解率之例示而非限制。這些範圍之上下限分別可與其他上下限互換。此點亦適用於本申請案中在其相關標的及範圍內的其他較佳範圍。
例如ZnO在水(pH 7,30℃)中具有1.6 ppm(1.6毫克/升)之平衡溶解度，且按照本發明為1.6 ppm(1.6毫克/升)之平衡溶解率。在此係以ZnO例示本發明所需的釋放性質，然而亦可將其他轉化劑，如SrCO3或ZnO與SrCO3之混合物，以同樣或低於其在水中的典型溶解度之量釋放。ZnO從轉化介質溶於流動水中之比率較佳為如上所示，特佳為約0.05至約3.2毫克/升，更佳為約0.16至約2.0毫克/升，更佳為約1-1.8毫克/升，甚至更佳為約1.1至1.8毫克/升，且最佳為1.4-1.8毫克/升(其中毫克/升被視為等同ppm)。另外，SrCO3具有11 ppm(11毫克/升)之平衡溶解度。SrCO3從轉化介質溶於流動水中之比率較佳為如上所示，特佳為約0.5至約22毫克/升，更佳為約1.1至約16毫克/升，更佳為約5至約14毫克/升，更佳為約9-11毫克/升。在本發明之轉化介質中有ZnO與SrCO3的混合物時，全部轉化劑之平均釋 放率一般為約3-9毫克/升，更佳為約6-7毫克/升之轉化劑。溶解率可為特定時間點之值，或例如以特定體積之水處理介質之後及/或經過一段時間的平均值。在水不流動而是靜止至多過夜的短時間、數日、或甚至數週或數月時，轉化劑在水中的低溶解度可防止釋放會具毒性或危害特定用途的程度之轉化劑。
基於氧化矽的物質可作為本發明之黏合劑，較佳為矽酸鹽(SiO2)且更佳為鋁矽酸鹽；本發明之可用黏合劑包括聚合物，其包括例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(高密度、低密度或混合型)、聚烯烴(如聚乙烯同元聚合物)、丙烯酸系樹脂、耐綸、纖維素、聚乙酸乙烯酯；熱塑性聚合物、熱固性聚合物；經取代纖維素；矽酸鈉、矽酸鈣、矽酸銨、矽酸鉀、矽酸鎂、膠體矽酸鹽、硫酸鈣、硫酸鈉、聚乙烯基吡咯啶酮、羥乙基纖維素、乳膠、膠結劑；摻合物及共聚物；以及黏土，如矽藻土。較佳為本發明之黏合劑為PVC、PVA或聚丙烯酸酯。其他的黏合劑包括嫘縈、聚酯、聚烯烴、玻璃纖維。
可用於本發明之黏合劑的詳細表列包括封端聚縮醛，如聚(甲醛)或聚甲醛、聚(三氯乙醛)、聚(正戊醛)、聚(乙醛)、與聚(丙醛)；丙烯酸系聚合物，如聚丙烯醯胺、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酸乙酯)、與聚(甲基丙烯酸甲酯)；氟烴聚合物，如聚(四氟乙烯)、全氟化乙烯-丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚(氯三氟乙烯)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、聚(氟亞乙烯)、與聚(氟乙烯)；聚醯胺，如聚(6-胺基己酸)或聚(e-己內醯胺)、聚 (六亞甲基己二醯胺)、聚(六亞甲基癸二醯胺)、與聚(11-胺基十一酸)；聚芳醯胺，如聚(亞胺基-1,3-伸苯基亞胺基間苯二甲醯基)或聚(間伸苯基間苯二甲醯胺)；聚對二甲苯基，如聚-2-苯二甲基與聚(氯-1-苯二甲基)；聚芳基醚，如聚(氧基-2,6-二甲基-1,4-伸苯基)或聚(二苯基對苯醚)；聚芳基碸，如聚(氧基-1,4-伸苯基磺醯基-1,4-伸苯氧基-1,4-伸苯基亞異丙烯基-1,4-伸苯基)、與聚(磺醯基-1,4-伸苯氧基-1,4-伸苯基磺醯基-4,4’-聯苯基)；聚碳酸酯，如聚(雙酚A)或聚(羰二氧基-1,4-伸苯基亞異丙烯基-1,4-伸苯基)；聚酯，如聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚(對苯二甲酸丁二酯)、與聚(伸環己基-1,4-二亞甲基對苯二甲酸酯)或聚(甲醛-1,4-伸環己基亞甲氧基對苯二甲醯基)；聚芳基硫化物，如聚(對苯硫醚)或聚(硫基-1,4-伸苯基)；聚醯亞胺，如聚(苯均四醯亞胺基-1,4-伸苯基)；聚烯烴，如聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)；乙烯基聚合物，如聚(乙酸乙烯酯)、聚(氯亞乙烯)、與聚(氯乙烯)；二烯聚合物，如1,2-聚-1,3-丁二烯、1,4-聚-1,3-丁二烯、聚異戊二烯、與聚氯丁二烯；聚苯乙烯；及以上之共聚物，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物。可使用的聚烯烴包括聚乙烯、線形低密度聚乙烯、聚丙烯、聚(1-丁烯)、聚(2-丁烯)、聚(1-戊烯)、聚(2-戊烯)、聚(3-甲基-1-戊烯)、聚(4-甲基-1-戊烯)等。
本發明之較佳黏合劑為鋁矽酸鹽(AlSiO2)。鋁矽酸鹽化合物可用於水軟化設備作為離子交換劑，而從水中移 除形成硬水垢之污染物。然而，因為AlSiO2最終會成充滿例如Ca++離子及附帶化合物，故其逐漸失去結合Ca++的能力而必須補充鹽，例如氯化鈉。本發明不必補充鹽，因為本發明不需要矽酸鹽之交換力。較佳的矽酸鹽黏合劑包括常用於從水中移除例如鈣之市售鋁矽酸鹽離子交換劑(例如鋁矽酸鈉、鉀、鈣、或鎂，其包括例如膨土、禾樂石、高嶺石、微晶高嶺石、葉蠟石、鎂鋁海泡石、蛭石)。雖非較佳，但是可將Next II、Crystal Right、及Scale Cat組合轉化劑而製備本發明之顆粒。這些物質在水處理系統之領域中為已知的，且可安全地用於本發明之內容。本發明之鋁矽酸鹽黏合劑可為多孔性顆粒之形式，包括微孔性顆粒，或者可起初以凝膠、膠結劑或膠體形式存在。鋁矽酸鹽又名沸石，現在已知超過40種沸石之架構。
雖然本發明可包括銀作為添加劑，但是銀不為本發明之黏合劑。水亦不為本發明之黏合劑。碳、活性碳及/或GAC(粒狀活性碳)均不為本發明之黏合劑，雖然其可被包括於轉化介質或被包括於本發明之系統中。
SiO2為本發明之較佳黏合劑。例如在轉化介質包括約80重量百分比之ZnO時，SiO2較佳為以顆粒的約20重量百分比之量存在；具有約50% ZnO之顆粒亦較佳為具有約50% SiO2；具有約90% ZnO之顆粒亦較佳為具有約10% SiO2。另一較佳具體實施例以聚乙烯醇(PVA)取代以上具體實施例中的SiO2作為黏合劑。其他的黏合劑亦可單獨或例如與SiO2或PVA一起使用。
本發明之黏合劑可為一種或以上的以上物質。其他無機材料之已知黏合劑亦可單獨或與一種或以上的以上物質一起作為本發明之黏合劑。
〔轉化介質〕
本發明之「轉化介質」包含轉化劑及黏合劑，其組合為約5-97重量百分比的在水中的溶解度低之轉化劑、及約3-95重量百分比之黏合劑，且視情況包括一種或以上的添加劑。無關形式或其他細節，全文所述的彼此組合之轉化劑及黏合劑的範圍均為本發明之轉化介質的例示範圍。依例如介質之所欲形式、含量、能力、及儲存壽命而定，該組合較佳為介質總重量之約0.01-100%，例如0.1-100%，1-100%，10-100%，25-100%，33-100%，50-100%，75-100%，及90-100%，其餘(若有)則為一種或以上的添加劑。在一較佳具體實施例中，轉化介質中的轉化劑總量(有或無添加劑，包括碳)為全部介質之約5至97重量百分比，及黏合劑總量為3-97重量百分比。添加劑通常可保持分開，如GAC，或者可與組合的轉化劑及黏合劑混合。整體而言為將轉化介質作為含有轉化劑之抗水垢系統中的材料。在系統中分層但不含有轉化劑的材料(如碎石)通常不被視為轉化介質之一部分。如他處所述，抗水垢之轉化介質必須可使水流經介質而可將轉化劑從介質釋放至水中。
參見例如第D圖第16號，其中組合的轉化劑及黏合劑(95% ZnO/5% PVA)為全部轉化介質之100%。亦參見第D圖第9號，其揭示具有1份90/10 ZnO/SiO2顆粒混 合6份GAC的本發明之轉化劑。“90/10 ZnO/SiO2”係指介質中ZnO及SiO2彼此的相對量。將90/10顆粒混合6份GAC，然後用於在此所述的水處理研究。包括GAC之轉化介質為14重量百分比之90/10 ZnO/SiO2組合(約12.8重量百分比之ZnO與1.4重量百分比之SiO2)、及86重量百分比之GAC。較佳為本發明之轉化介質具有總共至少1%之黏合劑、及總共至少1%之轉化劑。更佳為其均為組成物總量之至少約3%。
例如在本申請案全部所討論的其他組合中，本發明之轉化介質亦本質上由或係由約5-97重量百分比之轉化劑、及3-95重量百分比之黏合劑所組成。轉化介質可進一步包括全部組成物之約0-99.99重量百分比之添加劑，例如全部組成物之約0-92%，5-15%，5-25%，10-40%，25-50%，40-60%，50-70%，60-80%，及70-92%。轉化介質包括轉化劑、黏合劑，視情況及其他與這些試劑緊密互混的物質，包括污染物以及一種或以上的其他試劑及一種或以上的添加劑。較佳為本發明之轉化介質包括總共至少1%之黏合劑及至少2%之轉化劑(包括所有的添加劑)。
在本發明中，轉化劑與黏合劑之「組合」係表示將轉化劑與黏合劑組合在一起，且該組合為可分離，例如藉由將轉化劑溶於流動水中(較佳為在與黏合劑形成組合之後機械式分離80-100%，更佳為90-100%，95-100%，及99-100%之轉化劑)。本發明之黏合劑與轉化劑的組合可使轉化劑將CaCO3形成轉向文石形式，且不會將轉化 劑在水中的溶解度特徵改變成超出以上範圍。該組合不會不可逆地改變本發明之轉化劑的基本結構或特徵，故轉化劑不轉向形成文石，而是黏合劑及轉化劑保持其個別特性。黏合劑較佳為黏合轉化劑而使並非全部的轉化劑立即暴露於流動水。隨轉化劑粒子之表面，逐漸溶解及將轉化劑釋放至水中而暴露且亦逐漸釋放底下的轉化劑，直到消耗轉化劑而不足以持續提供本發明之抗水垢效果。較佳為黏合劑為多孔性而增加轉化劑對流動水之可用總表面積。例如轉化劑粒子在黏結轉化顆粒中的黏合劑時可暴露單獨或平均約20-80%之表面積，又例如約30-70%。參見例如第E圖，其中暴露在矽酸鹽中所黏結的ZnO結晶。如上所示，本發明之轉化劑在水中的低溶解度可自動限制其從本發明之轉化介質釋放。較佳為本發明之轉化顆粒使黏合劑保有轉化劑，而在流動水存在下使轉化劑逐漸從黏合劑溶解。較佳為在使用本發明之系統時，轉化介質之黏合劑變成半柔軟及膠黏狀而組合轉化劑但未將其完全包封。用語「組合」不指組合反應或帶有由其他的化學相關意義，尤其是與本發明相反者。
轉化介質可為轉化顆粒、轉化團塊、或轉化纖維或纖維構造(如片、濕法纖維層及網膜)之形式，或者被包夾於多孔性紙或塑膠片之間或在其上。介質可為這些形式之一，或者可包括兩種或以上的這些形式。所屬技術領域者應了解，一些黏合劑本身特別適合這些轉化介質形式之一種或另一種。以下更詳細地討論該形式。
本發明之轉化介質較佳為固體形式，故黏合劑與轉 化劑之組合較佳為生成固體組成物，例如藉由乾燥及硬化，如以下實施例A所示。較佳為在轉化劑緩慢溶解時，黏合劑殘留在轉化介質內，且更佳為固定不變及保有其形狀。
依照本發明組合黏合劑與轉化劑而製備轉化介質(不論是顆粒、團塊、纖維或其他形式)時，較佳為黏合劑之熔化指數為使被加熱的黏合劑粒子與其他黏合劑粒子形成塊或基質，及使轉化劑黏附或機械式組合黏合劑但不改變轉化劑的基本特徵。在組合兩種或以上的黏合劑時，較佳為所有的黏合劑熔化指數單獨或一起均類似而足以在加熱條件下形成塊或基質及組合且保有轉化劑。
全文揭述轉化介質之其他態樣及具體實施例，且在此大致適用。
〔添加劑〕
其他物質亦可被加入本發明之介質以利於黏合轉化劑，增強或增加黏合劑或轉化介質功能或形狀，輔助形成顆粒、團塊、纖維或其他介質形式，或者得到所欲的特徵。在此所示作為黏合劑之物質可作為本發明之添加劑，而將其他物質組合特定轉化介質之轉化劑。其可使用塑膠及聚合物常用的填料。粉狀黏聚物或粒狀奈米結晶銳鈦礦可被形成各種平坦片或複合過濾介質。
碳、活性碳及/或粒狀活性碳(GAC)可以全部介質組成物的約0-99.99重量百分比之量被包括而作為轉化介質之添加劑，例如約5至90重量百分比，約10-87量百 分比，或約30-80量百分比。全文包括關於本申請案中之碳的其他偏好。在一具體實施例中，轉化介質可包含，本質上由或係由轉化劑及黏合劑，視情況及碳、活性碳或GAC所組成。
本發明之較佳轉化介質包括ZnO與聚乙烯醇，ZnO、矽酸鈉與GAC，SrCO3、矽酸鈉與GAC，及ZnO、SrCO3、聚丙烯酸酯、與砂子之組合。
〔轉化介質〕
本發明之「轉化介質」係指小型，較佳為固體、粒子或顆粒的形式之轉化介質，其包含轉化劑及黏合劑之組合。轉化顆粒亦可本質上由或係由轉化劑及黏合劑之組合所組成。在全文之討論中，轉化顆粒較佳為固體或至少不為水性，且在流動水中保有其形狀而隨時間經過僅以小增量釋放轉化劑。第C圖顯示本發明之轉化顆粒的XRD圖案，其峰類似ZnO粉末。亦參見第D圖第10及11號，及相關實施例。
本發明之轉化顆粒較佳為包含約5至約97重量百分比，更佳為約47至約95重量百分比，且最佳為約65-95重量百分比之轉化劑。又本發明之轉化顆粒中的轉化劑單獨或組合之較佳範圍為約45-54，50-55，55-64，65-74，75-84，及85-97重量百分比。又轉化劑於本發明之轉化顆粒中的較佳量為約50重量百分比，約60重量百分比，約70重量百分比，約80重量百分比，及約90重量百分比；更佳為其餘組成物(至100%)均由黏合劑所製成。
較佳為其餘之本發明轉化顆粒為黏合劑。黏合劑可 包含一種或以上的黏合劑之混合物。亦可將添加劑包括於轉化顆粒。轉化顆粒可混合其他顆粒，如GAC，而製備轉化介質。在本發明之轉化介質中將轉化顆粒混合例如GAC時，轉化劑於全部轉化介質組成物(包括GAC與任何其他添加劑)中的總量較佳為約3-33重量百分比。在以上及全文，以上的百分比可表示指定轉化介質之重量百分比，或轉化顆粒之平均重量百分比。
轉化顆粒中的轉化劑較佳為僅ZnO，僅SrCO3，或ZnO與SrCO3之混合物，其重量百分比為約1% ZnO與約99% SrCO3，約5% ZnO與約95% SrCO3，約10% ZnO與約90% SrCO3，約15% ZnO與約85% SrCO3，約20% ZnO與約80% SrCO3，約25% ZnO與約75% SrCO3，約30% ZnO與約70% SrCO3，約35% ZnO與約65% SrCO3，約40% ZnO與約60% SrCO3，約45% ZnO與約55% SrCO3，約50% ZnO與約50% SrCO3，約55% ZnO與約45% SrCO3，約60% ZnO與約40% SrCO3，約65% ZnO與約35% SrCO3，約70% ZnO與約30% SrCO3，約75% ZnO與約25% SrCO3，約80% ZnO與約20% SrCO3，約85% ZnO與約15% SrCO3，約90% ZnO與約10% SrCO3，約95% ZnO與約5% SrCO3，或約99% ZnO與約1% SrCO3。較佳為在轉化顆粒中有ZnO及SrCO3時，其為約1% ZnO-99% SrCO3，10% ZnO-90% SrCO3，20% ZnO-80% SrCO3，30% ZnO-70% SrCO3，40% ZnO-60% SrCO3，或約50% ZnO-50% SrCO3之混合物。以上範圍亦適用於其他形式之轉化介質。
本發明之轉化顆粒可為各種大小。所有可使水自由流動的大小均適合本發明，在合適情況下包括例如砂子大小至公分尺寸片。例如轉化顆粒可具有約1微米至約5000微米，及/或約100微米至約5000微米，及/或約200微米至約5000微米，及/或約400微米至約5000微米，及/或約800微米至約5000微米之平均直徑。本發明之轉化顆粒亦可具有約200至2000微米之平均直徑。
又例如轉化顆粒組成物中的轉化劑粒子之至少50%具有約1微米至約5000微米，亦例如約1.5微米至約2000微米，約2.5微米至約500微米，約5微米至約400微米，或約10微米至約25微米之平均粒度。參見第E圖，其中顯示ZnO粒子在暴露於流動水之前(未使用)及之後(已使用)之放大5,000倍的SEM顯微照片。明顯在未使用的顆粒上之ZnO細粒被從顆粒沖離，而僅留下在已使用的介質上可見到的平均1-2微米寬之大型ZnO顆粒。亦參見第B圖表2，其中顯示50/50 ZnO/SiO2顆粒在暴露於流動水之前(未使用)及之後(已使用)之EDX資料。在未使用的顆粒中所發現的Zn量實質上高於在已使用的顆粒中之Zn量。
本發明之轉化介質可包括總體積為每1 cc(立方公分)之轉化顆粒中有3至9 cc之GAC的轉化顆粒及GAC。較佳為每1 cc之轉化顆粒中有4至7 cc之GAC，更佳為5至6 cc之GAC，且最佳為約6 cc之GAC。然而，其他的較佳具體實施例不將轉化顆粒混合GAC或其他形式之碳。
本發明之樹脂槽中的轉化介質可以碎石或砂子分層，例如第G圖之槽中所示。碎石或砂子可在轉化顆粒形式之轉化介質上方分層，且顆粒中有或無GAC，故水在到達顆粒之前通過碎石或砂子。
本發明中之「整體密度」係指每立方公分之(乾燥)轉化顆粒質量克數，或每立方公分之顆粒(轉化劑加黏合劑)的轉化劑平均質量克數。較佳為量測整體密度為每轉化顆粒cc約0.6至約2.2克，更佳為約0.7至約1.6克，且甚至更佳為約1.5至約1.6克之轉化顆粒。在一些具體實施例中，轉化顆粒之量測整體密度較佳為約0.7至約0.9克/cc。亦較佳為整體密度為轉化劑(如ZnO)每顆粒cc克數之約6%至約50%，約7%至約40%，約8%至約30%，或約10%至約26%。例如實施例A中所述的90% ZnO/10% SiO2之量測整體密度為每顆粒cc 1.5克顆粒。換算成轉化劑克數/轉化顆粒cc，顆粒中的轉化劑(如ZnO)之整體密度為每顆粒cc為1.5克/cc×0.9=1.35克之ZnO，其中0.9表示轉化顆粒中的90% ZnO。本發明之每轉化顆粒cc 1.35克ZnO為ZnO單獨整體密度之約24%。
本發明之「轉化顆粒組成物」係指包括轉化顆粒之顆粒的集合體。本發明之轉化顆粒可個別地含有一種或以上的轉化劑。例如轉化顆粒組成物可含有僅具有ZnO作為轉化劑之轉化顆粒，或僅具有SrCO3作為轉化劑之顆粒。本發明之轉化顆粒組成物亦可包括僅具有ZnO之轉化顆粒與僅具有SrCO3之轉化顆粒的混合物，雖然個 別轉化顆粒僅包括一種轉化劑，但是轉化顆粒組成物包括兩者。本發明之顆粒組成物亦可包括顆粒本身具有ZnO與SrCO3的混合物之轉化顆粒。較佳為本發明之轉化顆粒具有與其他轉化顆粒大約相同的轉化劑量，故在全部的轉化顆粒組成物中，特定顆粒之轉化劑平均量近似轉化劑/轉化顆粒之平均量。
〔轉化團塊〕
本發明之轉化介質可為團塊之形式，較佳為碳團塊，其中將轉化劑組合黏合劑，視情況混合碳或其他物質，然後製成多孔性團塊而使水可流經且將轉化劑暴露於流動水。如轉化纖維之纖維可行進通過團塊而提供撐體及額外的優點。較佳為團塊除了轉化劑及黏合劑還至少包括活性碳。模塑成轉化團塊或紙的粒子之粒度較佳為約0.1-50微米。團塊大小可隨用途而不同。例如用於本發明之抗水垢之水處理系統(較佳為使用點系統)的轉化團塊之尺寸可為約2×2×10吋。基於所欲的用途、轉化劑能力、及儲存壽命，其他的團塊尺寸對所屬技術領域者為顯而易知。
較佳為本發明之轉化團塊包含全部團塊重量的約5至約97重量百分比，更佳為約5至約50重量百分比，更佳為約5至約30重量百分比，更佳為約5至約25重量百分比，甚至更佳為約5至約20重量百分比，且最佳為約5至約15重量百分比之轉化劑。然而，為了符合關於轉化介質之一般評論而可使用更低(或更高)量的轉化劑。本發明之碳團塊亦較佳為包括以上範圍的ZnO、 3-10%之黏合劑(較佳為HDPE)、及碳。
在本發明之一具體實施例中，轉化團塊可藉由組合上述量的轉化劑之粒子與黏合劑，及其他粒狀材料(如粒狀活性碳)，然後(以熱及壓力)將其擠壓成複合團塊而製備。轉化團塊必須可使水流動而可將轉化劑釋放至流動水中。為了本發明之目的，亦可接受以模塑法所製備的團塊。
各種濾塊在所屬技術領域為已知的。其一般製備方法可被用於製備本發明，然而，該方法必須被修改以包括轉化劑而組合黏合劑。參見例如美國專利第5,189,092、7,442,301、US 8,002,990、US 7,655,112、US 7,566,014、US 7,276,166、7,740,141、7,293,661、及US 5,997,829號；例如所屬技術領域已知的濾塊，以及團塊纖維構造及單獨纖維。這些文件分別納入此處作為參考，尤其是關於揭示如何製造及使用纖維團塊，以及如何製造及使用保有團塊之匣。
〔轉化纖維〕
本發明之轉化介質可為纖維形式，即轉化纖維。轉化纖維可為例如纖維素纖維，其如以上本發明之全部轉化介質所述而纏結黏合劑且組合轉化劑而混合在一起。轉化纖維亦可藉由組合本發明之轉化劑與黏合劑而製成。轉化纖維亦可作為轉化劑用之黏合劑。轉化介質可包含一種或以上的轉化纖維。較佳為本發明之轉化纖維平均或每條纖維包含全部轉化纖維之約5至約97重量百分比，更佳為約5至約50重量百分比，且最佳為約10-30 重量百分比的轉化劑。
本發明之轉化纖維可如特定用途所需而具有不同的大小及形狀，且可單獨或與本發明之轉化顆粒及/或團塊或其他構造一起使用，而例如輔助製備具有90-97% ZnO之顆粒。其可使用在多孔性紙或塑膠片之間或之上的濕法纖維層。直徑為例如約0.1-40微米之奈米纖維可被用於本發明，亦可為個別或平均直徑為約0.1微米至約1000微米，較佳為約0.5微米至約500微米，更佳為約10微米至約300微米之纖維。轉化纖維較佳為具有適合特定用途之長度：例如進入點系統之纖維較佳為約1毫米-40公分長；使用點系統為約1毫米-5公分長；大型商用具體實施例為約1毫米-1公尺長。較佳為本發明之纖維的長度比其直徑大約2-1000倍。
纖維化纖維(有細微捲鬚附著纖維核心)可被用於本發明之轉化纖維，且轉化劑係在核心、捲鬚或兩者之上或與其組合。纖維(包括纖維化纖維)可為鬆散狀而加入如片或薄膜之纖維結構中；織入紙中，如美國專利第7,655,112或7,566,014號所述；依照美國專利第7,560,142號以本發明之轉化劑製備；關於使用例如濕法製紙法將纖維化奈米纖維織入紙中，及/或為了本發明轉化介質之目的而捲繞、分層或進一步製成可使水流經的形式，這些專利分別納入此處作為參考。在形成纖維之前可將轉化劑在纖維/紙/纖維構造表面上纏結或組合黏合劑。亦可將轉化劑與不同黏合劑之組合纏結在現有纖維上，或者組合物質然後形成纖維。在使用時，紙必須 可使水快速而大量地流動，且可位於例如打褶床中而將轉化劑對流動水之暴露最大化，但仍使轉化劑僅緩慢溶於流動水中。
藉由例如將纖維加熱，使纖維變成膠黏狀且在冷卻後保有轉化劑，可將轉化劑組合纖維形式之黏合劑。較佳為本發明之轉化介質中的轉化劑粒子之至少50%具有約1微米-25微米之平均直徑。亦可使用所屬技術領域已知的其他方法，只要能將轉化劑組合黏合劑，流動水可通過且將適量的轉化劑釋放至水中，及滿足本發明之其他要求。除了轉化纖維與其他轉化介質之混合物，依照本發明可使用無轉化劑之纖維強化、支撐或增強轉化介質。
其可使用黏合劑纖維，尤其是聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸系、耐綸、或聚酯-聚丙烯或聚丙烯-聚乙烯二成分纖維；FYBREL.RTM.合成纖維及/或SHORT STUFF.RTM.EST-8，其均基於聚烯烴。FYBREL.RTM.為基於聚烯烴之合成漿，其為高度纖維化纖維且由日本的Mitsui Chemical Company所市售。FYBREL.RTM.具有優良的熱模塑力且對過濾介質提供光滑表面。SHORT STUFF.RTM.EST-8係由賓州匹茲堡之MiniFibers,Inc.所市售，且為高度纖維化高密度聚乙烯。纖維化纖維較佳為由聚合物所製成，如聚醯胺、聚丙烯酸系、丙烯腈、液晶聚合物(如VECTRAN®)、離子交換樹脂；工程樹脂；纖維素；嫘縈；苧麻；羊毛；絲；玻璃；金屬；陶瓷；其他的纖維質材料；或其組合。亦可使用所屬技術領域已知的其 他方法，只要能將轉化劑組合黏合劑，流動水可流經/穿越轉化介質，及符合本發明之其他要求。以上的物質通常亦可用於本發明之其他轉化介質而作為黏合劑。
〔抗水垢之水處理系統：進入點(POE)及使用點(POU)〕
本發明的抗水垢之水處理系統將轉化劑緩慢溶解及釋放至水中。該系統包含位於水入口與水出口之間的轉化介質。在使用時，水入口可使欲進行抗水垢處理之水(例如水系統之水)流經轉化介質，及水出口使經處理的水從轉化介質流出且離開抗水垢之水處理系統，例如重新加入水系統、從蓮蓬頭流出等。水入口及水出口不指全部水系統，而是欲使水入口及水出口接近轉化介質，分別較佳為在轉化介質之10呎內，更佳為在8呎，6呎，4呎內，更佳為在0至12吋內，且最佳為在1至9吋內，而在使用時水流不被散發至他處。更佳為水入口及水出口各為容納轉化介質之槽、匣、或本發明之其他裝置的一部分。術語「流經」轉化介質係包括水流經介質(如顆粒或多孔性團塊)，或通過介質(如有纖維或纖維構造之塑膠片)上方，使欲處理之水暴露於轉化介質而可將定量轉化劑釋放至水中，如全文所討論。
超過一種轉化介質可被置於水入口與水出口之間。流經轉化介質之間的水可通過次入口及次出口而進入及離開介質。例如包含三床轉化介質之抗水垢系統可依序包括水入口、第一轉化介質床、第一水次出口、第一水次入口、第二轉化介質床、第二水次出口、第二水次入口、第三轉化介質床、及水出口。在使用時水會依序流 經。其可為平行連接，例如在水流經一個或以上的水入口然後分開而流經三個轉化介質床之一時，從轉化床流出之經處理的水可重新加入一個或以上的水出口。在一較佳具體實施例中，本發明之抗水垢系統具有1個水入口、1個轉化介質床、及1個水出口。在水流經本發明之抗水垢系統之前或之後流經其他水處理裝置時，本發明之水入口及水出口較佳為最接近轉化介質者。
較佳為本發明的抗水垢之水處理系統處理所有通過一般衛生器具/管線而進入房子或其他結構之水。此系統為「進入點」(POE)或「全屋」系統。該抗水垢之水處理系統抑制硬水垢形成且可減少全部結構中衛生器具中的現有硬水垢。抗水垢系統較佳為位於接近水管進入建築物(如住宅、商業或混合建築)之進入點。參見例如第G圖(右下方示意圖)，其中描述本發明之進入點系統，其中“1”為水管進入建築物之進入點。較佳為該POE系統係進入住宅建築物，更佳為獨棟家庭。抗水垢系統包含容納轉化介質之獨立匣或槽，或者包含結合其他水處理系統而使用之混合式或多元式的水處理系統。此水處理系統之實例在所屬技術領域為已知的。
本發明較佳為進入點抗水垢系統，因為其在水進入屋中且被其中的其他水系統設備加熱而使水溫增加之前處理具有硬度之水來源，而有助於保護建築物中的全部衛生器具。較佳為該POE系統位於水流入將水加熱的建築物用之熱水器之前；亦較佳為該抗水垢系統位於進入建築物之主水管沿線。在帶有水的管線從溫度應比地上 低的地下冒出時，管線中的水溫同樣地逐漸增加。如果以熱水器加熱則溫度大為增加。如上所述，形成水垢之CaCO3在水中的溶解度隨溫度增加而降低。其表示一旦水進入建築物，則已溶解的CaCO3較易從水中結晶且沉積成硬水垢(或任何水垢)。POE系統較佳為位於管線中的水溫增加之前，或者至少在管線中的水溫大幅增加之前，而將碳酸鈣轉向形成文石。例如地下管線中的水及流經本發明之POE系統的水在進入建築物時溫度會增加5-10度C。進入建築物的水在被分送至例如房中需要自來水的各室、及如熱水器的設備之前，通過進入點裝置。在帶有水之管線變窄之前將CaCO3轉化成文石形式，則極少的衛生器具表面會累積硬水垢。
為了以或接近完全溶解度而釋放至水中，轉化劑必須可被流動水獲取。轉化劑不應太大或黏結而在低停留(接觸)時間阻礙動力學；在使用本發明之抗水垢系統時，流動水與轉化劑之間的接觸可低至1-3秒，然而停留時間可更長，如數(例如2-4)分鐘或過夜。轉化介質為靜態-並非僅隨時間經過而釋放轉化劑，介質較佳為在其使用期間基本上不改變。若有如GAC之碳則其會隨時間經過而飽和，但是較佳為在本發明之轉化介質的全部使用壽命不用補充或更換。本發明顯然不為鋅陽極或伏打電池裝置，不為需要補充鹽的抗水垢之離子交換劑，不基於聚磷酸鹽，且在水入口與水出口之間不需要轉化介質以外的任何其他機構而提供抗水垢效果。本發明之效果在新建築物(集中在抑制硬水垢累積)與舊建築物 (集中在抑制且可能有助於移除硬水垢累積)之間或有所不同。
使用點系統亦可用於達成本發明之抗水垢效果。例如具有含有轉化介質與黏合劑之床之匣可位於接近熱水器、洗碗機、或蓮蓬頭或其內，而抑制這些設施內的硬水垢形成。如果將此使用點裝置置於加熱元件上游，則對於確保在將水加熱之前新鮮供應轉化劑而轉向形成文石及將碳酸鈣從溶液結晶特別有用。參見例如第G圖(右下方示意圖，且忽略點“1”)，其中描述本發明之使用點抗水垢系統，其中“2”及“3”為抗水垢介質裝置的較佳位置。較佳為在結合暴露於本發明之轉化介質的水之洗碗機中使用洗滌劑或片化劑，包括例如鉗合劑及非離子性界面活性劑(如Jet Dry®)。
如以上所討論，本發明之轉化劑釋放係基於動態平衡(在非酸性水中溶解如ZnO之轉化劑而達成平衡)。在ZnO被耗盡時抗水垢效果終止。較佳為本發明將轉化劑以其在水中的平衡溶解度之約10%至100%的比率分配至流動水中。為了提供本發明之抗水垢效果，較佳為轉化劑釋放為至少0.05毫克/升之水，較佳為至少0.1毫克/升之水之量。例如ZnO較佳為在一段時間內或於指定時間/體積，以平均約0.1至約1.9毫克/升，較佳為約0.2至約1.8 ppm，更佳為約1至約1.8 ppm，更佳為約1.5至約1.7 ppm，且最佳為約1.6 ppm之量分配至流動水中。較佳為在欲以本發明處理的水中之CaCO3量為50 ppm至20,000 ppm，更佳為100 ppm至5,000 ppm，且更 佳為100 ppm至1,000 ppm。為了免於測量欲處理水中的CaCO3之量，本發明之抗水垢系統一般被設計成處理特定體積之水，如以下的計算所示。應了解，匣中轉化劑之量可依照各種需求而調整，如特定體積之水處理、及系統之所需壽命長度。
本發明之抗水垢系統較佳為可在至多約1,000到至多約2百萬加侖之水中抑制硬水垢形成。更佳為抗水垢系統可抑制約500,000-1.6百萬加侖之水中，且最佳為約1.5百萬加侖之水中的水垢。依所需的系統壽命長度及大小而定，抗水垢系統可提供約1個月-10年，較佳為3個月-8年，更佳為6個月-6年的水垢抑制。
基於每天平均300加侖之家庭水使用量，本發明之進入點抗水垢系統可對200,000至2百萬加侖之水提供抗水垢處理，且較佳為持續約2個月至約3年。用途變化較多的使用點系統較佳為提供本發明之抗水垢優點達3個月至10年，並具有處理100-1000加侖或以上之水的能力。對於工業用途及高體積抗水垢之水處理系統，本發明之抗水垢系統較佳為持續6個月至5年，更佳為1-3年。
較佳為以本發明處理後所形成的水垢為文石水垢，且與硬水對照作比較，總水垢形成減少0-100%，例如0-60%，15-45%，5-50%，及10-40%。
全文揭述抗水垢系統之其他態樣及具體實施例，且在此大致適用。
〔匣、槽及床〕
較佳為水入口、轉化介質、及水出口均被裝入如匣或槽之裝置內(參見第G圖)。較佳為該裝置係與水系統相容且連接-即其具有適合水系統壓力及流動的大小、形狀及構造，且適當地連接而使水系統中的水從水入口及水出口流入及流出。本發明之裝置內的床為容納任何形式之轉化介質的裝置之一部分。該裝置可保有的轉化介質、水、及本發明之其他部分或態樣的體積係基於其所欲用途而定，例如以上關於所欲的轉化介質所討論。
匣較佳為移除式附接基底，其附接於水系統之一部分，例如一旦消耗轉化介質則可移除匣或其內之床，且容易地以新轉化介質更換。該匣之內部(包括該床)的大小及形狀順應轉化介質量、其意圖用途之體積及形式、以及所欲的添加劑。例如POE用途一般需要比POU用途(如蓮蓬頭)多的轉化介質。參見第G圖(右上方)，其中顯示可用於本發明之匣80的外部圖，其具有水入口及水出口(未顯示)、可用於本發明之圓柱體82、及用於將該匣連接水系統之連接器84。該匣之細節圖可參見美國設計專利第D547,825 S號，其特別為此目的而納入此處作為參考。
本發明之裝置可為槽，如美國專利第7,297,264號所述，其納入此處作為參考，尤其是關於製造及使用該槽的說明。該槽可被安置作為POE或POU裝置，或者被修改成加入本發明之抗水垢系統的混合型水處理系統。因為本發明不需要鹽處理，故美國專利第7,297,264號所述的鹽水閥及其他的此類零件在本發明中為選用的。參見 第G圖(左方)，其中本發明之匣10包括保有轉化介質(較佳為顆粒形式)14之樹脂槽12。一層碎石及砂子16視情況存在於轉化介質上方。該樹脂槽包括上開口20，其中裝有上分布器22及閥控制器24。管線26從分布器22向下延伸至位於轉化介質14中的下分布器28。使用匣10時的水流方向係以箭頭表示；水流亦以反方向發生(未顯示)。匣10包括水入口32，較佳為其在使用時接收硬水。硬水進入閥控制器然後經第一流體通道34至上分布器，接著進入槽。在水流經轉化介質時，轉化介質被釋放至水中。經處理的水進入下分布器28且由管線26向上流動且通過流體通道36。經處理的水然後進入閥控制器且經由水出口38離開。經處理的水較佳為再度進入水系統而使用或儲存。本發明之經處理的水之優點可擴展至水系統外，例如在茶壺中加熱、增濕機、及其他設備中的水均可保留轉化劑之優點。隨經處理的水之溫度增加及CaCO3從溶液結晶，存在於經處理的水中的轉化劑轉向形成文石，因而在水系統或最終使用裝置中抑制硬水垢形成。該匣之上分布器或其他部分可包括一個或以上的濾網(例如在水入口32、水出口38及/或下分布器28處)，而防止介質及其他粒狀物質進入該匣或水系統。
本發明之抗水垢系統可包括任何保有轉化介質且使水以所欲體積及速率流經之習知匣或床。以上轉化團塊之討論中已敘述所屬技術領域已知的數種匣，且亦包括US RE37,216、US 5,700,371及US 7,442,301號專利。除 了以上關於轉化團塊所討論者，這3件專利均納入此處作為參考，尤其是用於在水處理系統中保有介質之匣的相關資訊。匣及/或床可為移除式，例如可移除具有消耗介質之床及/或匣且以新床及/或匣更換。亦可將介質從床及匣移除，且在例如介質被消耗而不再提供抗水垢效果時更換。
ZnO濃度亦會受槽大小及接觸時間(例如介質床深度)影響。
〔製備轉化介質及抗水垢系統之方法〕
轉化顆粒及團塊可且較佳為藉以下步驟製備：1.組合適量的轉化劑及(未硬化)黏合劑，較佳為藉由攪拌、混合、捏合、或其他已知的組合物質之方法；然後2.將顆粒加熱至100-200℃，或將黏合劑硬化所需或所欲的更高溫度；3.視情況在適合所使用的材料之溫度乾燥，如果需要則較佳為加熱；及/或視情況以水或溫和酸洗滌；4.然後視情況研磨硬化的組合轉化劑及黏合劑而成為顆粒及所需大小(對粒狀組成物較佳為150-1000微米，對成為團塊介質之黏聚物為1-100，50-100微米)，較佳為藉已知方法，如人工研磨、旋轉混合等；5.最後視情況製備團塊介質：將轉化顆粒擠壓或模塑成為所欲形狀或大小之團塊。
〔實施例〕
以下的實施例揭述本發明之轉化介質之製備及用途。實施例係用於例證本發明之具體實施例，但絕不視為限制。
〔實施例A：經酸處理的90% ZnO/10% SiO2轉化顆粒之製備〕
如以下步驟所示而製備本發明之經酸處理的90% ZnO/10% SiO2轉化顆粒：
(1)藉攪拌組合468.75克之矽酸鈉(正牌29% SiO2，9% Na2O；未硬化)與1500克之ZnO粉末，直到被均勻組合，然後以手將組合物捏合直到形成半固態糰。
(2)將糰在通風烤箱中於100℃乾燥過夜，而形成重約1.75公斤的矽酸鈉結合ZnO之固態塊。
(3)將矽酸鈉結合ZnO(ZnO/SiO2)之固態塊以手研磨成為顆粒，且以濾網篩選成大小為16-30篩目(1190-595微米)之顆粒。大約1.40公斤之此些顆粒係被收集且進一步被處理。
(4)將顆粒在強制通風烤箱中於100℃乾燥1小時，然後於200℃乾燥又1小時，而將氧化矽黏合劑乾燥或定型。
(5)在室溫將顆粒浸入500克之HCl(1N)與500克之去離子水的溶液中過夜。
(6)將顆粒傾析兩次，然後在室溫將顆粒置於500克之HCl(1N)與200克之去離子水的額外溶液中歷時6小時。以溫和酸清洗顆粒而從顆粒移除鈉及其他可 能存在之鹽。
(7)將顆粒以去離子水傾析另外兩次，然後在室溫浸泡於1升之去離子水中過夜。
(8)以去離子水將顆粒清洗數次，然後在100℃乾燥5小時。
(9)將顆粒在200℃加熱1小時。
(10)得到大約1.25公斤之最終產物。800 cc=1.2公斤。量測整體密度為1200克顆粒/800 cc=1.5克顆粒/cc。90% ZnO顆粒中的ZnO整體密度係計算成1.5克顆粒/cc×0.9=1.35克ZnO/cc。
以上說明用於關於第D圖第9號所討論的水處理研究之轉化顆粒之製備。第D圖中所示的其他樣品，第8、10-13號均以類似方式製備，差別在於成分之百分比，或者(第13號)以碳酸鍶取代氧化鋅。
雖然如上的轉化顆粒可以溫和酸處理，但是通常在製備或使用本發明之轉化介質時應避免使用強酸，因為酸會降解ZnO或其他成分而阻礙轉化介質之可用性。
〔實施例B：轉化介質之製備〕
將在實施例A中所製造的轉化顆粒與粒狀活性碳(GAC)混合或分層，如第D圖第8-13號所示。轉化顆粒為混合GAC之混雜物(即將顆粒混合GAC而均勻地分布於全部混合物中)。轉化顆粒實體上未附著GAC而可保持為鬆散顆粒。
〔實施例C：POE匣之製備，及水處理研究〕
將轉化介質置於標準濾水匣中，其保有至多750 cc 之介質，且在水流經水入口、轉化介質及水出口時防止顆粒散逸。抗水垢之水處理測試通常如下進行(除非在第D圖及以下的相關討論中另有指示)：
1)使硬水(明尼蘇達州Woodbury自來水，硬度為約15-16格令(grain))通過750毫升之轉化介質(750毫升之顆粒，包括混雜混合的GAC，除非另有指示)、第D圖第1-13號所示的其他介質或其他裝置而至具有熱燈絲之下游熱水槽中。在一次循環期間，將熱水槽中的水之1/3以通過上游介質床的水取代。
2)利用熱偶及電熱元件將熱水槽中的水之水溫維持在140℉(類似家庭熱水器)。
3)在測試期間，每30分鐘進行一次水交換循環。
4)將測試排程持續14日，總共672次循環及480加侖之水(每次循環為約0.7加侖之水)。該時間足以累積顯著量的水垢，但對未處理對照測試仍不足以使加熱元件燒壞。
5)在測試結束後使該槽之水流乾，且將熱水器上及槽中的水垢累積量稱重。
6)使用未處理對照站作為比較性測試。此站使用與該抗水垢測試介質相同的硬水來源，相同的填充模式，相同的時間，及相同的熱水槽設計。亦取得硬水對照槽的水且以與測試介質槽相同的方式測量。
7)在測試結束後比較選擇的經處理與未處理結果之 間的水垢累積量而測定轉化介質之效果。
在燈絲上及槽中所形成的水垢為較不溶於熱水(相較於冷水)之碳酸鈣的異常生成物。觀察水垢之量、顏色及外觀。分析選擇的水垢及消耗的介質樣品之相分析(藉x-射線繞射，XRD)、微米尺寸及形式(藉掃描電子顯微術，SEM)及/或元素表面組成物(EDX)。
本ZnO顆粒在所有的情形均未達成平衡。在暴露於480加侖體積之第D圖第9號所述的介質之½之後，從介質釋放0.1-0.2 ppm ZnO(未顯示資料)。幾乎無關水pH及其他特徵，ZnO在流動水存在下以緩慢而穩定的狀態從SiO2釋放。
分析480加侖之經處理樣品顯示此介質為低鋅損失。SEM顯微照片顯示在用於抗水垢之後仍有大ZnO粒子，故推論ZnO受其低水溶解度限制而緩慢溶解。抗水垢壽命決定固定床介質對此種應用(尤其是本發明之全屋系統)的實用性。
〔實施例D：95% ZnO/5%黏合劑轉化顆粒之製備〕
如以下步驟所示而製備轉化顆粒：
1.組合3加侖(25磅)之10重量百分比聚乙烯醇溶液(PVA)與53磅之ZnO(水分為5%)而製造具有5重量百分比之PVA與95重量百分比之ZnO的漿液。
2.將該漿液引入小型導銷混合器中，且加熱及加壓而保持黏合劑及轉化劑之特徵。
3.將生成產物在100-200℃乾燥而形成轉化顆粒。量測整體密度：1.6克之95/5轉化顆粒/95/5轉化顆粒cc。
亦以矽酸鈉取代PVA而製造轉化顆粒。依照實施例D所製備的轉化介質之實例為第D圖第14-16號。
〔實施例E：抗水垢匣之製備〕
將400毫升之實施例D所製備的轉化顆粒置於匣中的碎石及砂子上方。匣入口位於碎石及砂子下方，故流入匣中的水首先遭遇碎石及砂子，然後為轉化顆粒。無碳或GAC或其他物質被加入顆粒或匣。這些匣被用於第D圖第14-16號所述的水處理研究。
〔實施例F：水處理研究〕
將如實施例E所製備的匣，其具有第D圖第14-16號所述的轉化介質，置於熱水器上游。
1)水暴露於顆粒之前的硬水TDS(完全溶解固體)為264 ppm。使硬水通過具有400毫升的95/5 ZnO/黏合劑顆粒之匣，然後至具有熱燈絲之熱水槽(0.92加侖)中。以8小時的暫流時間，16小時的循環時間，及2分鐘填充與28分鐘暫流之交換循環進行540次之水循環。該加熱器之瓦數為1500以及瓦特密度為62 w/平方英吋。
2)在一次循環期間，將熱水槽中的水之1/3以通過上游介質床的水取代。
3)利用熱偶及電熱元件將熱水槽中的水之水溫維持在140℉(類似家庭熱水器)。
4)在測試期間，每30分鐘進行一次水交換循環。
5)將測試排程持續14日，總共540次循環及500加侖之水(每次循環為約0.92加侖之水)。該時間 足以累積顯著量的水垢，但對未處理對照測試仍不足以使加熱元件燒壞。
6)在測試結束後使該槽之水流乾，且將熱水器上及槽中的水垢累積量稱重。
7)使用未處理對照站作為比較性測試。此站使用與該抗水垢測試介質相同的硬水來源，相同的填充模式，相同的時間，及相同的熱水槽設計。亦取得硬水對照槽的水且以與測試介質槽相同的方式測量。
8)在測試結束後比較選擇的經處理與未處理結果之間的水垢累積量而測定轉化介質之效果。
在燈絲上及槽中所形成的水垢為較不溶於熱水(相較於冷水)之碳酸鈣的異常生成物。觀察水垢之量、顏色及外觀。分析選擇的水垢及消耗的介質樣品之相分析(藉x-射線繞射，XRD)、微米尺寸及形式(藉掃描電子顯微術，SEM)及/或元素表面組成物(EDX)。
〔實施例G：流動水中的鋅釋放〕
依照實施例F之水處理研究，藉ICP-MS完全定量分析(敏感度：小於1 ppb)測量以第D圖第14-16號之抗水垢系統處理的水中之鋅濃度。
在2週測試中間取得的水樣品：
這些資料顯示，依照本發明，ZnO溶解率為動態平衡之大約93-104%(對於ZnO，100%=1.6 ppm或1.6毫克/升)。
在2週測試結束時取得的水樣品：
這些資料顯示，依照本發明，ZnO溶解率為動態平衡之大約71-116%(對於ZnO，100%=1.6 ppm或1.6毫克/升)。
以本發明之抗水垢系統處理的水中之鋅量顯示釋放至流動水中的ZnO大約為基於ZnO水溶解度所預期的動態平衡。隨時間經過，從矽酸鈉黏合劑樣品釋放的鋅顯然稍微減少，及從PVA黏合劑樣品釋放的鋅增加一些。
〔實施例H：洗碗機、洗衣機及蓮蓬頭〕
如第G圖(右下方)所示，將兩個8×40樹脂槽填充6磅之碎石、5磅之濾砂、及4升之如以上實施例D 所製備的95% ZnO/5%矽酸鈉轉化顆粒。無GAC/碳被加入槽。為了此實施例之目的而忽略圖中所示的點“1”、“2”及“3”。
將各槽連接家庭常用的GE之GN75DNSR5A型即時瓦斯熱水器。在30日的時間，水流經槽之一然後為熱水器，接著通過4個蓮蓬頭(Delta之RP38357型；最大流速：每分鐘1.25加侖)及洗衣機(Kitchen Aid KUDC1DIX，平均6加侖/循環)，其如第G圖(右下方)所示而連接，但以洗碗機代替洗衣機。6,118加侖的水流經洗碗機，及各1,304加侖的水流經4個蓮蓬頭(總共5,216加侖)，故總共11,334加侖的水流經介質及熱水器且至洗碗機及蓮蓬頭中。
在30日的時間，水流經另一槽然後為熱水器，接著通過4個蓮蓬頭(Delta之RP38357型；最大流速：每分鐘1.25加侖)及洗衣機(GE之GTWN4250MW5型，22.4加侖/循環)，其如第G圖(右下方)所示而連接。9,814加侖的熱水及2,709加侖的冷水(12,523加侖的熱/冷水)流經洗衣機，及各1,870加侖的水流經4個蓮蓬頭(總共7,480加侖)，故總共19,993加侖的水流經介質及熱水器且至洗衣機及蓮蓬頭中。
結果：在水流經本發明之轉化介質之後，蓮蓬頭、洗衣機及洗碗機內部的水垢主要為文石形式。與在水未暴露於轉化顆粒之對照裝置中清洗的衣物作比較，洗衣機中的衣物明亮，其可能因為抗水垢處理減少或排除衣物上的小型暗色方解石/鎂沉積物。
第F圖(上方)顯示取自暴露於無本發明之轉化介質的流動水之蓮蓬頭的水垢之放大5,000倍的SEM顯微照片。該水垢具有方解石結晶形式的碳酸鈣之塊狀外觀。第F圖(下方)顯示在水流經第G圖(右下方)所述的抗水垢系統之後取自蓮蓬頭的水垢。該水垢具有文石結晶形式的碳酸鈣之針狀外觀。
這些結果顯示本發明之具體實施例，其依照本發明釋放足以抑制硬水垢形成及沉積之量的ZnO。
〔其他的水處理研究結果及比較例〕
在其他的比較性測試中，第D圖第1-5及7號顯示最新技藝之抗水垢裝置，其雖然減少不同程度的總水垢，但仍形成不欲的橙棕色硬方解石水垢。如實施例C所示而測試這些裝置。鋅陽極(銅陰極)系統抑制水垢，然而在銅存在下鋅太快被耗盡。銅管可被用於家庭，使用有銅管的鋅陽極系統會造成提高而不安全之鋅含量。
第D圖第9-16號顯示本發明之轉化介質，其如下抑制硬水垢形成：(1)形成基於文石之白色「軟水垢」，及較佳為(2)減少總水垢形成。依照以上實施例A-C、及實施例D-F之第14-16號所述的步驟，而製備第D圖第8-13號所述的用於製備本發明之轉化介質的顆粒，但是改變轉化劑及黏合劑組成物及量，而製備如50/50、80/20、90/10、及95/5%轉化劑/黏合劑顆粒之組合。
將第D圖中各裝置或媒體之資料比較隨特定測試而進行的硬水對照。水為明尼蘇達州Woodbury自來水。硬水對照實驗不使用任何介質或其他抗水垢裝置。
第D圖第1號使用由Next Filtration Technologies Inc.(佛羅里達州之Lake Worth)所製造的Next II介質。此介質為以矽酸鋁所製造的結晶化釋放方解石之介質的市售樣板，如第B圖表1所示。第D圖顯示Next II介質大為減少總水垢形成，但仍形成大量硬水垢。Next II之3個實驗顯示總水垢減少47%、42%、37%，平均減少42%之總水垢。此外，該介質並未特別長效。
第2號使用由Southeastern Filtration Equipment Systems(加州之Canton)所製造的Scale Cat介質。此介質為以矽酸鋁所製造的結晶化釋放方解石之介質的市售樣板，如第B圖表1所示。第D圖顯示此介質減少比Next II介質少的水垢形成(2%,18%)，且形成大量硬水垢。此外，該介質並未特別長效。
第3號使用磷酸鹽。第D圖顯示此介質大量減少總水垢(69%)，但仍形成硬水垢。使用磷酸鹽減少水垢形成在所屬技術領域為已知的，但是用於其他的抗水垢組成物則有困難。
第4、5及7號使用電磁裝置而以不同的程度成功地減少總水垢。第4及5號包括捲繞銅管之線圈。結果均見到硬水垢形成。
第6號使用800個剖半便士作為銅系抗水垢介質。特別是將800毫升之剖半便士混合4800毫升之GAC，然後倒在碎石及砂子之床上。在測試前預先沖洗碳細粒。結果發現此處理減少10%之總水垢。
第8號：此測試的結果強調對於本發明顆粒中的黏 合劑之要求。無黏合劑則在測試中早期釋放ZnO而阻塞系統，且在水槽內壁生成濁狀累積物。其製造文石水垢，雖然相較於硬水對照總水垢並未減少。
第D圖第9-16號包括本發明之轉化介質。如實施例C而對第9-13號，及如實施例F而對第14-16實行水處理研究。
第9號：從總水垢減少(9%)，及在以此轉化介質處理之後此水垢有文石特徵，均可得知水垢被抑制。
第10號：將100毫升之轉化顆粒從上方以3份(300毫升)GAC分層。將介質床分層而不混合。轉化顆粒在使用前未熱處理。如第D圖第10號所揭示，從總水垢減少(7%)，及在以本發明之轉化介質處理之後此水垢有文石特徵，均可得知水垢被抑制。
第11號：將800毫升之80% ZnO/20% NaSiO2轉化顆粒混合4800毫升(6份)之GAC；倒在碎石及砂子之床上。在測試前預先沖洗碳細粒。如第D圖第11號所揭示，從總水垢減少(38%)，及在以本發明之轉化介質處理之後此水垢有文石特徵，均可得知水垢被抑制。
第12號：將800毫升之50% ZnO/50% NaSiO2轉化顆粒以混雜混合物的方式混合4800毫升(6份)之GAC。亦將碎石及砂子在匣中分層。此測試僅進行602次循環，但是硬水對照進行652次循環；因而調整水垢減少百分比。如第D圖第12號所揭示，從總水垢減少(38%)，及在以本發明之轉化介質處理之後此水垢有文石特徵，均可得知水垢被抑制。
第13號：將800毫升之80% SrCO3/20% SiO2轉化顆粒混合約8.2份之GAC，且引入匣中進行抗水垢測試。如第D圖第13號所揭示，從總水垢減少(10%)，及在以本發明之轉化介質處理之後此水垢有文石特徵，均可得知水垢被抑制。該水垢具有藤壺外觀，稍微異於以ZnO處理所見到的屑狀外觀，且會有一些硬水垢存在。
同時進行第14-16號及硬水對照。整體上關於水垢減少，有矽酸鈉黏合劑之ZnO表現優於PVA黏合劑樣品。兩種PVA材料之水垢累積均比硬水少，但是比矽酸鈉多。
第14號：在8×25槽中將400毫升之95/5重量百分比ZnO-矽酸鈉介質在砂子及碎石上方分層。流動方向為向上流動，故水首先通過砂子及碎石，然後為介質。在水處理之後見到柔軟的白色文石型式水垢，其與在先前ZnO測試中所發現的文石水垢外觀一致，且與黃棕色硬水垢硬水對照不同。亦見到在熱水器中所發現的總水垢大幅減少。
第15號：在8×25槽中將400毫升之95/5重量百分比ZnO-PVA(聚乙烯醇)介質在砂子及碎石上方分層。流動方向為向上流動，故水首先通過砂子及碎石，然後為介質。在水處理之後見到柔軟的白色文石型式水垢，其與在先前ZnO測試中所發現的文石水垢外觀一致，且與棕色硬水垢硬水對照不同。
第16號：在9×40槽中將400毫升之95/5重量百分比ZnO-PVA(聚乙烯醇)介質在砂子及碎石上方分層。 流動方向為向上流動，故水首先通過砂子及碎石，然後為介質。在水處理之後見到柔軟的白色文石型式水垢，其與在先前ZnO測試中所發現的文石水垢外觀一致，且與棕色硬水垢硬水對照不同。
總之，在將硬水暴露於ZnO時，不論使用何種黏合劑均形成文石水垢。黏合劑會影響ZnO濃度及水垢減少程度。ZnO濃度亦受槽大小及接觸時間(例如介質床深度)影響。
本發明可直接使用而無需其他的抗水垢或其他的水處理裝置。本發明可與其他的抗水垢裝置一起使用，尤其是方解石種晶器、機械式洗滌器或高壓流、如酸或磷酸鹽處理之化學處理等。本發明亦可與其他的水處理裝置一起使用。
10‧‧‧匣
12‧‧‧樹脂槽
14‧‧‧轉化介質
16‧‧‧碎石及砂子
20‧‧‧上開口
22‧‧‧上分布器
24‧‧‧閥控制器
26‧‧‧管線
28‧‧‧下分布器
32‧‧‧水入口
34‧‧‧第一流體通道
36‧‧‧流體通道
38‧‧‧水出口
80‧‧‧匣
82‧‧‧圓柱體
84‧‧‧連接器
第A圖顯示方解石及文石之掃描電子顯微照片(SEM)。
第B圖顯示方解石、文石、硬水垢、及其他物質之能量擴散性X-射線光譜術(EDX)分析。
第C圖顯示ZnO粉末及80/20重量百分比的ZnO/NaSiO2顆粒之XRD圖案。
第D圖顯示得自各種現行最新系統及本發明之介質的抗水垢水測試之資料。
第E圖顯示ZnO顆粒在暴露於流動水前後之放大5,000倍的SEM顯微照片。
第F圖顯示未(上圖)及經(下圖)本發明處理而 取自暴露於流動水的蓮蓬頭之硬水的SEM顯微照片(均在5.0仟伏放大5,000倍)。
第G圖顯示可用於本發明之槽及匣的圖式(左方；右上方)，及本發明之具體實施例的示意圖(右下方)。
10‧‧‧匣
12‧‧‧樹脂槽
14‧‧‧轉化介質
16‧‧‧碎石及砂子
20‧‧‧上開口
22‧‧‧上分布器
24‧‧‧閥控制器
26‧‧‧管線
28‧‧‧下分布器
32‧‧‧水入口
34‧‧‧第一流體通道
36‧‧‧流體通道
38‧‧‧水出口
80‧‧‧匣
82‧‧‧圓柱體
84‧‧‧連接器

Claims (27)

  1. 一種抗水垢之水處理系統，其包含：水入口，水出口，及位於水入口與水出口之間的抗水垢轉化介質，該介質包括：約5-97重量百分比之在水中具有低溶解度的轉化劑、及約3-95重量百分比之黏合劑的組合，及視情況之添加劑。
  2. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該組合係轉化介質之總重量的約0.01-100%，及該添加劑係轉化介質之約總重量的0-99.99%。
  3. 如申請專利範圍第2項之抗水垢系統，其中該抗水垢介質包括0-92%之添加劑。
  4. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該轉化劑在水中的溶解度為約0.1至約50毫克/升。
  5. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該介質包含轉化顆粒，其量測整體密度為純轉化劑之整體密度的至少6%。
  6. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中至少50%之該轉化介質中的轉化劑粒子具有約1微米至約5000微米之平均粒度。
  7. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該水入口、轉化介質及水出口為可連接水系統之裝置的一部分。
  8. 如申請專利範圍第7項之抗水垢系統，其中該裝置為匣或槽。
  9. 如申請專利範圍第7項之抗水垢系統，其中該裝置係連接水系統且使水來源流經該入口然後通過該轉化介質，而將轉化劑以轉化劑在水中的平衡溶解度之約4-200%的比率釋放至流水中，而抑制硬水垢沉積。
  10. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該抗水垢系統為進入點系統。
  11. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該抗水垢系統為使用點系統。
  12. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其進一步包含隨轉化劑釋放至水來源中之小型方解石結晶。
  13. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該抗水垢系統被併入另一水處理系統中。
  14. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該轉化劑為ZnO與SrCO3至少之一。
  15. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該轉化介質為顆粒、團塊、纖維、及纖維構造形式至少之一。
  16. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該黏合劑為矽酸鈉、矽酸鈣、矽酸銨、矽酸鉀、膠體矽酸鹽、硫酸鈣、硫酸鈉、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯啶酮、羥乙基纖維素、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚烯烴、及乳膠至少之一。
  17. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該轉化介質為一種量測整體密度為約每轉化顆粒cc 0.5至約3 克轉化顆粒的轉化顆粒。
  18. 如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其中該轉化劑為ZnO，其量為該轉化介質之約50-95重量百分比。
  19. 如申請專利範圍第17項之抗水垢系統，其中該轉化劑為ZnO，其量為該轉化介質之約50-95重量百分比。
  20. 一種轉化顆粒組成物的形式之轉化介質，其包含：約5-97重量百分比之轉化劑，其在流動水中將碳酸鈣結晶轉向文石形式，該轉化劑在水中的溶解度為約0.1至約50毫克/升；及約3-95重量百分比之黏合劑的組合；及視情況之添加劑；其中該組成物之計算整體密度(轉化劑克數/轉化顆粒cc)為轉化劑之整體密度的至少6%；及其中該轉化顆粒中的轉化劑粒子之至少50%具有約1微米至約5000微米之平均粒度。
  21. 如申請專利範圍第20項之介質，其中該組合包括約50-97%之轉化劑、及約3-50%之黏合劑。
  22. 如申請專利範圍第20項之介質，其中該轉化劑為ZnO與SrCO3至少之一。
  23. 如申請專利範圍第20項之介質，其中該黏合劑為矽酸鈉、矽酸鈣、矽酸銨、矽酸鉀、膠體矽酸鹽、硫酸鈣、硫酸鈉、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯啶酮、羥乙基纖維素、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚烯烴、及乳膠至少之一。
  24. 如申請專利範圍第20項之介質，其中該轉化顆粒組 成物之量測整體密度為每轉化顆粒組成物cc約0.5至約3克轉化顆粒。
  25. 如申請專利範圍第20項之介質，其中該組合係轉化介質之總重量的約0.01-100%，及該添加劑為約0-99.99%。
  26. 一種製備抗水垢系統之方法，其係如申請專利範圍第1項之抗水垢系統，其具有轉化顆粒或轉化團塊的形式之轉化介質，其步驟包含以下：a.製備如申請專利範圍第1項之轉化介質；及b.將該轉化介質裝入具有水入口與水出口之匣或槽中。
  27. 一種使用本發明之抗水垢系統之方法，其步驟包含以下：a.將如申請專利範圍第1項之抗水垢系統連接水系統；及b.使水來源從該水系統流經該抗水垢系統。
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