TW201502071A - 適用於水再礦化之製備碳酸氫鈣溶液的裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明關於用於製備碳酸氫鈣溶液的裝置以及此種裝置在用於連續製備碳酸氫鈣溶液的用途以及此種裝置在用於水再礦化的用途。

Description

適用於水再礦化之製備碳酸氫鈣溶液的裝置
本發明關於製備碳酸氫鈣溶液的裝置(installation)以及此種裝置在用於連續製備碳酸氫鈣溶液的用途以及此種裝置用於水再礦化的用途。
飲用水日漸稀少。即使在水資源富裕的國家，並非所有來源及儲水皆適合用於製備飲用水，而且現今許多來源受到水品質劣化的重大威脅。一開始用於飲用目的的給水主要為地面水以及地下水。然而，由於環境及經濟之原因，海水、鹽水，半鹹水(brackish waters)，廢水及污染排放水之處理正變得愈來愈重要。
為從海水或半鹹水回收水供飲用，已知若干方法，該等方法通常對於乾旱地區、沿海地區及海島而言相當重要，且該等方法包含蒸餾、電解以及滲透或逆滲透方法。藉由該等方法獲得之水非常軟且因缺乏pH緩衝鹽而具有低pH值，因此，往往具有高度反應性，且除非經處理，否則其在習知管道中運輸期間可造成嚴重腐蝕問題。此外，未處理之淡化水無法直接用作飲用水來源。為防止管道系統中之非所要物質溶解，為避免諸如管及閥之給水裝置腐蝕且為使水適於飲用，需要將水再礦化。
主要用於水再礦化之習知方法為藉由二氧化碳溶解石灰及石灰石床過濾(亦稱為方解石接觸器)。其他不太常用之再礦化方法包含例如添加熟石灰及碳酸鈉、添加硫酸鈣及碳酸氫鈉或添加氯化鈣及碳酸氫鈉。
石灰法包含用CO2酸化水處理石灰溶液，其中涉及以下反應：
如依據以上反應流程可瞭解，達成再礦化需要兩當量CO2來使一當量Ca(OH)2轉變成Ca2+及碳酸氫鹽。此方法依賴於添加兩當量CO2，以將鹼性氫氧根離子轉變成緩衝物質HCO3 -。為將水再礦化，從石灰乳(通常至多5wt.%)製備以總重量計0.1wt.%至0.2wt.%之飽和氫氧化鈣溶液(通常稱為石灰水)。因此，必須使用產生石灰水之飽和劑且需要大量石灰水來實現再礦化之目標程度。此方法之又一缺點為熟石灰具有腐蝕性且需要適當處理及專門設備。此外，對熟石灰添加至軟水之控制不足可導致因缺乏石灰之緩衝性而出現非所需之pH值位移。
石灰石床過濾方法包含使軟水通過粒狀石灰石床，將碳酸鈣溶解在水流中之步驟。根據以下，石灰石與CO2酸化水接觸將水礦化：
不同於石灰法，達成再礦化在化學計量上僅需要一當量CO2來使一當量CaCO3轉變成Ca2+及碳酸氫鹽。此外，石灰石不具有腐蝕性且由於CaCO3具有緩衝性，所以防止較大pH值位移。
與石灰相比，使用碳酸鈣之另一優點在於其二氧化碳排放(足跡)極低。產生一公噸碳酸鈣，釋出75kg CO2，而產生一公噸石灰，釋出 750kg CO2。因此，使用碳酸鈣代替石灰呈現一些環境效益。
然而，顆粒狀碳酸鈣之溶解速率緩慢且此方法需要過濾器。此引起此等過濾器之佔據面積相當大且石灰石床過濾系統需要大的工廠表面。
使用石灰乳或石灰漿將水再礦化之方法與系統描述於US 7,374,694及EP 0 520 826中。US 5,914,046描述一種使用脈衝石灰石床降低排放污水之酸性的方法。
US 7,771,599敘述一種用於再礦化脫鹽系統中作業用水的方法。該方法經由氣體轉移薄膜隔離二氧化碳氣體與脫鹽方法的海水或濃縮物(鹽水)。該經隔離二氧化碳氣體之後用於製備可溶性碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2)。WO 2012/020056 A1係關於一種用於水再礦化的方法，該方法包括以下步驟：提供給水，以及將氣態二氧化碳以及漿料注入給水，其中漿料包括微粒化碳酸鈣。WO 2010/023742 A2敘述一種供用於製備飲用水的方法以及裝置，其係對藉由蒸餾或逆滲透使海水脫鹽所得脫鹽水進行後加工(後處理)。此方法包括過量供應二氧化碳進入脫鹽水的二氧化碳吸收方法以吸收二氧化碳，再礦化方法使脫鹽水通過進入己吸收二氧化碳的石灰石過濾器(其中石灰石被填入而形成鈣離子以及碳酸氫鹽離子)，以及二氧化碳排出方法，其供應空氣進入通過再礦化方法的脫鹽水而用空氣排出二氧化碳而得到飲用水。WO 2012/113957 A1關於一種用於流體再礦化的方法，其中最終濁度經控制。此方法包括之步驟包含試劑給料、再礦化以及過濾。
然而，所述裝置以及方法具有的缺點為水再礦化以及特別是製備用於水再礦化的碳酸氫鈣溶液與時間有關且因此需要大型接觸槽或反 應器。
有鑑於以上所述，此技藝人士仍然對改良水再礦化感到興趣。特別希望提供替代或改良系統用於製備濃碳酸氫鈣溶液，其可以更有效率、經濟及生態方式製備，以及特別得以連續製備碳酸氫鈣溶液(溶於水的碳酸鈣)，可用於水再礦化而使用較小的工廠足跡。
前述以及其他目的藉由提供用於製備碳酸氫鈣溶液的裝置而獲得解決，該裝置包括以環狀相通的a)至少一種給料單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，b)多重批次系統，其包括x)母料批次管路，其具有至少一種入口以及至少一種出口，該母料批次管路包括以環狀相通的i)至少一種氣體給料入口，ii)至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及iii)至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及xi)至少一種從屬批式管路，其具有至少一種入口以及至少一種出口，該至少一種從屬批式管路包括以環狀相通i)至少一種氣體給料入口，ii)至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及 iii)至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及c)至少一種薄膜過濾單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口。
如本文所用者，"裝置"用語指的是一種系統，其包括至少一種給料單元，多重批次系統以及至少一種薄膜過濾單元，其彼此間連接以確保環狀相通。
本發明所用"以環狀相通(circular communication)"用語之意義為相應的單元/系統彼此以環狀系統耦合。據上所述，氣體或流體的流動，例如懸浮物的流動，從一個單元/系統至另一個單元/系統的流動是可能的；此種流動可藉由一或多種中間物(未特定提及或敘述)組件、裝備(apparati)、元件(device)或其他物件如管子，管線以及泵而達成。
本發明所用"多重批次"系統用語指的是一種系統，其包括至少二種方法管路，亦即一種母料批次管路以及一或多種從屬批次管路，其彼此可獨立地操作。然而，並不排除監控及/或控制母料批次管路的參數，而並未監控及/或控制該一或多種從屬批次管路的參數。
如本發明中使用之術語「再礦化(remineralization)」係指使僅含少量礦物或完全不含礦物或為不足量之水中重新具有礦物或礦物之量為足以獲得適口之水。可藉由僅添加至少特定碳酸鈣作為原料至待處理之水中來達成再礦化。視情況，例如為健康相關之益處為確保適當攝取一些必需礦物及微量元素，可將其他物質混合入或與碳酸鈣中，且隨後在再礦化製程期間添加至水中。根據關於人類健康及飲用水品質之國家準則，經再礦化之產物可包含含有鎂、鉀或鈉之其他礦物，例如碳酸鎂、硫酸鎂、 碳酸氫鉀、碳酸氫鈉或含有必需微量元素之其他礦物。
本發明發明人很驚訝地發現，此種裝置能夠使此技藝人士以更有效率、經濟及生態方式使水再礦化。特別的是，本發明發明人很驚訝地發現，此種裝置能夠使此技藝人士以連續方式製備碳酸氫鈣溶液，再供用於使水再礦化。特別的是，此藉由提供至少一種給料單元與多重批次系統的組合而達成，該多重批次系統包括母料批次管路以及至少一種從屬批式管路以及至少一種薄膜過濾單元，如此使為裝置一部分的單一單元以環狀相通方式連接。如此，本發明裝置使得以改良製備碳酸氫鈣溶液。
根據本發明另一態樣，提供如本文所定義的裝置在用於製備碳酸氫鈣溶液之用途。較佳者，該裝置係用於連續製備碳酸氫鈣溶液。
根據本發明又另一態樣，提供如本文所定義的裝置在用於水再礦化的用途。較佳者，被再礦化的水係選自飲用水、諸如游泳池用水之休閒用水、用於製程應用之工業用水、灌溉用水、或含水層或水井補注用水。
本發明有利的具體實例係定義於相應的申請專利範圍附屬項。
當在下文中參考本發明裝置的具體實例或技術詳細內容，應理解此等具體實例或技術詳細內容亦指的是如本文所定義的裝置的本發明用途且反之亦然(只要適用)。如果，例如，其提出本發明裝置的至少一種給料單元經連接至水供應以及固體材料儲存容器，以及本發明用途之至少一種給料單元經連接至水供應以及固體材料儲存容器。
本發明將在以特殊具體實例以及參考特定圖式加以敘述，但 是本發明並不受限於此而僅受到申請專利範圍之限制。應理解後文的用語一般為其常用意義，除非另外陳明。
本發明敘述及申請專利範圍所用"包含"用語，並不排除主要或次要功能重要性的其他非限定的元件。為了本發明目的，用語"由…組成"被視為"包含"用語的較佳具體實例。如果後文基團被定義為包括至少某數目的具體實例，此亦應理解為揭示較佳僅由此等具體實例組成的基團。
只要使用"包括"或"具有"用語，此等用語意義為等同於如以上所定義的"包含"。
當使用非定冠詞或定冠詞用於意指單一名詞，例如"a"、"an"或"the"，除非另外陳明，此包含複數個該名詞。
根據本發明一個具體實例，至少一種給料單元經連接至水供應以及固體材料儲存容器。
根據本發明另一個具體實例，至少一種給料單元的至少一種出口經連接至母料批次管路的至少一種入口以及至少一種給料單元的至少一種出口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種入口。
根據本發明又一個具體實例，母料批次管路的至少一種出口經連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口以及至少一種從屬批式管路的至少一種出口經連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口。
根據本發明一個具體實例，至少一種薄膜過濾單元的至少一種出口經連接至至少一種給料單元的至少一種入口。
根據本發明另一個具體實例，該裝置包括一個薄膜過濾單元。較佳者，母料批次管路的至少一種出口以及至少一種從屬批式管路的 至少一種出口經獨立地連接至薄膜過濾單元的至少一種入口。
根據本發明又另一個具體實例，該裝置包括至少二個薄膜過濾單元或薄膜過濾單元的總數相應於為多重批次系統之一部分之母料批次管路以及從屬批次管路的總數。較佳者，母料批次管路以及至少一種從屬批次管路的每一者獨立地連接至不同的薄膜過濾單元。
根據本發明一個具體實例，母料批次管路的至少一種氣體給料入口經連接至母料批次管路至少一種混合單元的至少一種入口及/或至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種混合單元的至少一種入口。
根據本發明另一個具體實例，母料批次管路至少一種混合單元的至少一種出口經連接至母料批次管路至少一種槽的至少一種入口及/或至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元的至少一種出口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種槽的至少一種入口。
根據本發明又另一個具體實例，母料批次管路的至少一種槽的至少一種出口經連接至母料批次管路的至少一種氣體給料入口及/或至少一種從屬批式管路的至少一種槽的至少一種出口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種氣體給料入口。
根據本發明一個具體實例，至少一種出口位於母料批次管路的至少一種混合單元之後以及至少一種出口位於至少一種從屬批次管路的至少一種混合單元之後。較佳者，母料批次管路的至少一種出口以及至少一種從屬批式管路的至少一種出口獨立地連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口。
本發明在以下作更詳細的敘述：如此，本發明提供用於製備碳酸氫鈣溶液的裝置，該裝置包括以環狀相通的a)至少一種給料單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，b)多重批次系統，其包括x)母料批次管路，其具有至少一種入口以及至少一種出口，該母料批次管路包括以環狀相通的i)至少一種氣體給料入口，ii)至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及iii)至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及xi)至少一種從屬批式管路，其具有至少一種入口以及至少一種出口，該至少一種從屬批式管路包括以環狀相通的i)至少一種氣體給料入口，ii)至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及iii)至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口， 以及c)至少一種薄膜過濾單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口。
本發明裝置適用於製備任何碳酸氫鈣溶液。特別的是，本發明裝置適用於連續製備任何碳酸氫鈣溶液。較佳者，本發明裝置適用於製備任何碳酸氫鈣溶液，碳酸氫鈣溶液適合用於水再礦化。
例如，可由本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液適合用於脫鹽化或天然軟水的再礦化。
可藉由使用本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液被再礦化的水可衍生從各種來源。例如，被再礦化的水係選自飲用水、諸如游泳池用水之休閒用水、用於製程應用之工業用水、灌溉用水、或含水層或水井補注用水。額外的或可替代的，被再礦化的水可選自蒸餾水，脫鹽水例如脫鹽海水、半鹹水或鹽水、經處理之廢水或天然水，諸如地下水、地表水或降雨。
藉使用本發明裝置所製備的碳酸氫鈣溶液可預處理將被再礦化的水。例如，當水係衍生從地表水、地下水或雨水時，可能需要預處理。例如，為了達成飲用水導引管路，水需要經由使用化學或物理技術處理以除去污染物例如有機物以及不欲的礦物。例如，以臭氧化作為第一預處理步驟，接著藉由凝集，絮凝或傾析作為第二處理步驟。例如，鐵(III)鹽例如FeClSO4或FeCl3，或鋁鹽例如AlCl3，Al2(SO4)3或聚合氯化鋁(polyaluminium)作為絮凝劑。經絮凝的材料可從水中移除，例如，藉由砂過濾器或多層過濾器。可用於預處理水的進一步水純化方法敘述於，例如EP 1 975 310、EP 1 982 759、EP 1 974 807或EP 1 974 806。
如果海水或半鹹水將被使用本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液再礦化，海水或半鹹水首先從藉開放海洋進水抽出海水或從地下水如井抽取水，然後進行物理預處理例如篩選、沉降或除砂操作。視所需要水品質而定，可能需要額外處理步驟例如凝集以及絮凝以減少對薄膜潛在積垢。經預處理的海水或半鹹水然後可被蒸餾，例如，使用多重階段快閃(multiple stage flash)，多重功效蒸餾或薄膜過濾例如超微過濾或逆滲透，以除去殘留的微粒子以及溶解的物質。
將被再礦化的水至少部分與微粒化碳酸鈣接觸，以得到水性碳酸鈣懸浮物，其接著藉使用本發明裝置被轉換成碳酸氫鈣溶液。所得到的碳酸氫鈣溶液將會進一步被用於再礦化將被再礦化水的主物流。此係藉由以被再礦化水稀釋本發明裝置製備的濃碳酸氫鈣溶液而進行。
較佳者，使用本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液所得到的再礦化水具有為碳酸鈣的鈣濃度為從15至200毫克/升，較佳從30至150毫克/升，以及最佳從100至125毫克/升，或從15至100毫克/升，較佳從20至80毫克/升，以及最佳從40至60毫克/升。
為本發明目的，"懸浮物"或"漿料"指的是包括溶劑亦即水性溶劑，以及碳酸鈣及/或碳酸氫鈣粒子的系統，其中至少一部分碳酸鈣及/或碳酸氫鈣粒子以在水性溶劑中不可溶固體呈現。該用語不排除一部分碳酸鈣及/或碳酸氫鈣粒子溶解於水性溶劑。本發明"溶液"用語指的是包括水性溶劑以及碳酸鈣及/或碳酸氫鈣粒子的系統，其中碳酸鈣及/或碳酸氫鈣粒子溶解於水性溶劑。本發明"溶解"用語指的是未觀察到其中有分離的粒子的水性溶劑的系統。
然而，"水性溶劑"用語不排除包括少量至少一種水-混溶溶劑的水性溶劑。
例如，至少一種水-混溶溶劑較佳選自甲醇、乙醇、丙醇、乙腈、四氫呋喃以及其混合物。
本發明一個具體實例中，水性溶劑包括量為以水性溶劑總重為至少80重量-%，較佳至少90重量-%，更佳至少95重量-%，又更佳至少99重量-%之水。
根據本發明一個具體實例，藉由使用本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液所得再礦化水可進一步經少量氫氧化鈉處理以調整再礦化水的最終pH。
根據本發明一個具體實例，藉由使用本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液所得再礦化水具有朗格利爾飽和指數從-1至2，較佳從-0.5至0.5，最佳從-0.2至0.2。根據本發明另一個具體實例，藉由使用本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液所得再礦化水具有淤泥密度指數SDI15低於5，較佳低於4，以及最佳低於3。根據本發明又另一個具體實例，藉由使用本發明裝置製備的碳酸氫鈣溶液所得再礦化水具有膜積垢指數(Membrane Fouling Index)MFI0。45低於4，較佳低於2.5，最佳低於2。
如本發明中使用之術語"朗格利爾飽和指數(Langelier Satu 比例n Index)(LSI)"描述含水液體形成水垢之趨勢或其腐蝕性，其中正LSI指示形成水垢之趨勢且負LSI指示腐蝕性特性。因此平衡之朗格利爾飽和指數，亦即LSI=0意謂該含水液體呈化學平衡。如下計算LSI：LSI=pH-pHs， 其中pH為含水液體之實際pH值且pHs為含水液體在CaCO3飽和下之pH值。可如下估算pH：pHs=(9.3+A+B)-(C+D)，其中A為含水液體中存在之總溶解固體(TDS)的數值指示，B為以K表示之含水液體之溫度的數值指示，C為以毫克/升CaCO3表示之含水液體之鈣濃度的數值指示，且D為以毫克/升CaCO3表示之含水液體之鹼度的數值指示。使用以下方程式來測定參數A至D：A=(log10(TDS)-1)/10，B=-13.12×log10(T+273)+34.55，C=log10[Ca2+]-0.4，D=log10(TAC)，其中TDS為以毫克/升表示的總溶解固體，T為以℃表示的溫度，[Ca2+]為以毫克/升CaCO3表示之含水液體的鈣濃度，且TAC為以毫克/升CaCO3表示之含水液體的鹼度。
如本發明中使用之術語"淤泥密度指數(Silt Density Index)(SDI)"係指水中微粒物質之量且與逆滲透或奈米過濾系統之積垢趨勢有關。可例如根據水以208.6kPa之恆定外加水壓力通過0.45μm膜過濾器時之阻塞速率來計算SDI。根據在15分鐘期間水以208.6kPa之恆定外加水壓力通過0.45μm膜過濾器時之阻塞速率來計算SDI15值。一般地，螺旋捲式逆滲透系統將需要小於5之SDI，且中空纖維逆滲透系統將需要小於3之SDI。
應進一步理解，藉由使用在本發明裝置中製備的碳酸氫鈣溶 液所得到再礦化水的具有為碳酸鈣的鈣濃度為從15至200毫克/升，較佳從30至150毫克/升，以及最佳從100至125毫克/升，或從15至100毫克/升，較佳從20至80毫克/升，以及最佳從40至60毫克/升。
藉由本發明裝置被轉換成碳酸氫鈣溶液的水性碳酸鈣懸浮物較佳具有在懸浮物中的碳酸鈣起始濃度為從50至2,000毫克/升，較佳從100至1,750毫克/升，以及最佳從500至1,500毫克/升。
用於製備水性碳酸鈣懸浮物的碳酸鈣較佳為微粒化碳酸鈣。
出於本發明之目的，"微粒化"用語指的是粒子大小在微米範圍，例如粒子大小為0.1μm至100μm。微粒子可藉由基於摩擦之技術(例如在濕式或乾式條件下碾磨或研磨)獲得。然而，亦可能藉由任何其他適合之方法，例如藉由沈澱、超臨界溶液之快速膨脹、噴霧乾燥、天然存在之砂或泥之分類或部分分離、過濾水、溶膠凝膠法、噴霧反應合成、火焰合成或液體泡沫合成來產生微粒子。
例如，微粒化碳酸鈣具有重量中值粒子大小d 50從0.1至100μm，從0.5至50μm，從1至30μm，較佳從2至25μm，最佳從5至25μm，或碳酸鈣具有重量中值粒子大小d 50從1至50μm，從2至40μm，較佳從3至30μm以及最佳從10至25μm。
本文件中，碳酸鈣產物之"粒子大小"係藉由其粒子大小分佈來描述。值d x 表示相對於以重量計x%之粒子之直徑小於d x 而言的直徑。此意謂d 20 值為所有粒子中20wt%小於該粒子大小，且d 75 值為所有粒子中75wt%小於該粒子大小。因此d 50 值為重量中值粒子大小，亦即所有顆粒中50wt%大於或小於此粒子大小。出於本發明之目的，除非另有說明，否則規定 粒子大小為重量中值粒子大小d 50。為測定d 50大於0.5μm之粒子的重量中值粒子大小d 50值，可使用購從Micromeritics公司，USA之Sedigraph 5100裝置。
合適碳酸鈣的實例為研磨碳酸鈣、改質碳酸鈣或沉澱碳酸鈣或其混合物。
方解石為碳酸鹽材料且為最穩定的碳酸鈣多晶體。其他碳酸鈣多晶體為礦物文石以及六方方解石。文石在380-470℃將轉變為方解石，且六方方解石甚至較不穩定。研磨碳酸鈣其經由例如研磨、篩選及/或藉由濕式及/或乾式(例如藉由旋風器)部分分離之處理來加工。熟習技術者已知經研磨碳酸鈣可固有地含有所界定之濃度的鎂，例如在白雲石方解石之情況下。
在本發明之意義中，"沉澱碳酸鈣"(PCC)為一般藉由在二氧化碳及石灰在水性環境中反應後沉澱、或藉由鈣及碳酸鹽離子源在水中沉澱、或藉由例如來從CaCl2及Na2CO3之鈣離子及碳酸鹽離子從溶液中沉澱而獲得的合成材料。沉澱碳酸鈣以三種主要結晶形式存在：方解石、文石及六方方解石，且此等結晶形式各存在多種不同多晶型物(晶體慣態)。方解石具有一般晶體慣態之三方晶系結構，諸如偏三角面體(S-PCC)、菱面體(R-PCC)、六方柱、軸面、膠狀(C-PCC)、立方體及柱狀(P-PCC)。文石為具有對生六方柱晶體之一般晶體慣態以及以下不同種別的斜方晶系結構：細長柱狀、彎曲葉片狀、陡錐狀、楔形晶體、分枝樹狀及珊瑚或蠕蟲狀形式。
本發明之含義中的"改質碳酸鈣"為表面反應的研磨碳酸 鈣，該表面反應的研磨碳酸鈣藉由方法來獲取，在該方法中，將研磨碳酸鈣與在25℃下pKa為2.5或小於2.5的又一種酸反應及與原位形成的及/或來從外部供應的氣態CO2反應，且視需要在至少一種矽酸鋁及/或至少一種合成二氧化矽及/或至少一種矽酸鈣及/或一價鹽的至少一種矽酸鹽(諸如，矽酸鈉及/或矽酸鉀及/或矽酸鋰)及/或至少一種氫氧化鋁及/或至少一種矽酸鈉及/或矽酸鉀的存在下。關於表面反應的研磨碳酸鈣之製備之進一步細節在WO 00/39222及US 2004/0020410 A1中揭示，此等引用之內容在此包括於本專利申請案中。
碳酸鈣較佳為研磨碳酸鈣(GCC)。進一步較佳為碳酸鈣為具有粒子尺寸從3.0至25.0μm的研磨碳酸鈣。
額外的，碳酸鈣可包括不溶於HCl含量，以碳酸鈣總重量計，為從0.02至2.5重量-%，0.05至1.5重量-%，或0.1至0.6重量-%。較佳者，碳酸鈣不溶於HCl含量，以碳酸鈣總重量計，為不超過0.6重量-%。不溶於HCl含量可為，例如礦物諸如石英、矽酸鹽或雲母。
除了碳酸鈣之外，水性碳酸鈣懸浮物可包括進一步的微粒化礦物。根據一個具體實例，水性碳酸鈣懸浮物可包括微粒化碳酸鎂，碳酸鎂鈣例如白雲石灰石，鈣質白雲石(calcareous dolomite)或半燃燒白雲石(half burnt dolomite)，氧化鎂例如燃燒過白雲石，硫酸鎂、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉鹽或其他包含重要微量元素之礦物。
較佳者，水性碳酸鈣懸浮物為剛製備者。當場製備水性碳酸鈣懸浮物為佳。理由為當水性碳酸鈣懸浮物不是當場製備及/或剛製備者，為了穩定理由，將進一步試劑例如穩定劑或殺生物劑添加至水性碳酸鈣懸 浮物可能是必要的。然而例如為了健康考量，此種試劑在最終再礦化水中可能為不要的化合物。
根據本發明一個具體實例，製備水性碳酸鈣懸浮物與進一步將水性碳酸鈣懸浮物給料至多重批次系統之間的時間期間短到避免細菌在水性碳酸鈣懸浮物中生長。
例如，製備水性碳酸鈣懸浮物與進一步將水性碳酸鈣懸浮物給料至多重批次系統之間的時間期間小於48小時、小於24小時、小於12小時、小於5小時、小於2小時或小於1小時。較佳者，經注射的碳酸鈣懸浮物符合由國家飲用水指南制定的微生物品質要求。
水性碳酸鈣懸浮物較佳係在為本發明裝置一部分之至少一種給料單元中製備。較佳者，本發明裝置包括一個給料單元，其適合將水性碳酸鈣懸浮物給料至多重批次系統，亦即母料批次管路及/或至少一種從屬批次管路。
本發明裝置的至少一種給料單元合併多樣性功能。特別的是，給料單元能夠以適合比例混合水與碳酸鈣以得到水性懸浮物包括所欲起始含量的未溶解碳酸鈣與少量已溶解碳酸鈣，例如水性懸浮物水相中的碳酸氫鈣。此外，本發明裝置的至少一種給料單元實現了水與碳酸鈣的最適混合以致於獲得微粒子在流體中的均勻分佈。混合較佳使用生產線上-混合器進行。生產線上-混合器可經旋轉速度控制。
根據本發明一個具體實例，至少一種給料單元因此係經連接至水供應以及固體材料(亦即碳酸鈣)儲存容器。
較佳者，藉由為技藝人士所熟知的習知泵裝置，水被入料至 至少一種給料單元。本發明一個具體實例中，藉由為技藝人士所熟知的習知泵裝置，水被入料至至少一種給料單元，而正確的給料液體，亦即水。例如，較佳在控制水流下，藉由例如為技藝人士所熟知的流量計或計量裝置，水被泵入至少一種給料單元。
額外的或可替代的，藉由為此技藝人士所熟知的任何習用入料裝置，碳酸鈣從至少一種給料單元的在液體亦即水中的儲存容器被入料。本發明一個具體實例中，藉任何為技藝人士所熟知的習知入料裝置，碳酸鈣在水中被入料，容許正確固體材料，亦即碳酸鈣的給料。例如，藉由入料裝置例如為技藝人士所熟知的螺桿裝置或計重裝置將碳酸鈣在水中被入料。
應進一步理解，至少一種給料單元經連接至至少一，以致於至少一種薄膜過濾單元中所得殘留物經循環回至本發明裝置的至少一種給料單元。
本案中"殘留物"用語意義指的是保存在至少一種薄膜過濾單元中的存在於碳酸氫鈣溶液中的未溶解部分，且如此未通過至少一種薄膜過濾單元的過濾器系統。
較佳者，至少一種給料單元體積範圍從1升至1,000千升，較佳從10升至500千升，更佳從10升1至250千升以及最佳從10升至100千升。應進一步理解，至少一種給料單元的體積與母料批次管路中所提供至少一種槽以及的多重批次系統的至少一種從屬批式管路中所提供的至少一種槽的總體積成比例。換言之，除了母料批次管路以外，裝置的多重批次系統中所提供的從屬批次管路愈多，為裝置一部分的至少一種給料單元 的體積愈大。較佳者，至少一種給料單元的體積相應於提供於多重批次系統的母料批次管路或至少一種從屬批式管路中至少一種槽的體積。本發明一個具體實例中，至少一種給料單元的體積至少相應於多重批次系統的母料批次管路以及至少一種從屬批式管路的至少一種槽的總體積。
此方面，應理解的是，至少一種給料單元可為為此技藝人士習知的任何種類給料單元供合併及/或混合及/或攪拌及/或入料包括碳酸鈣的懸浮物。
例如，至少一種給料單元為給料單元，為可從J.F.Knauer GmbH(德國)購得的Knauer Dosing station、IKA mixing system MHD 2000或Sodimate。
至少一種給料單元的一項特定要件為能夠將水性碳酸鈣懸浮物入料至本發明的多重批次系統，亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路。因此多重批次系統必須連接至至少一種給料單元。因此應理解，多重批次系統的母料批次管路經連接至至少一種給料單元。此外，應理解的是，多重批次系統的至少一種從屬批式管路經連接至至少一種給料單元。
據上所述，較佳者，至少一種給料單元的至少一種出口經連接至母料批次管路的至少一種入口以及至少一種給料單元的至少一種出口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種入口。應理解的是，至少一種給料單元的至少一種出口經獨立地連接至每一個從屬批次管路的至少一種入口。
本發明一個具體實例中，至少一種給料單元能夠同時將水性碳酸鈣懸浮物入料至本發明多重批次系統的母料批次管路以及至少一種從 屬批式管路。可替代的，至少一種給料單元能夠獨立地將水性碳酸鈣懸浮物入料至本發明多重批次系統的母料批次管路以及至少一種從屬批式管路。
較佳者，至少一個給料單元以及多重批次系統，亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路，分別地被閥分離。特別的是，應理解的是，多重批次系統的至少一個給料單元以及母料批次管路以及至少一種從屬批次管路，分別地被閥分離，使得母料批次管路以及至少一種從屬批次管路的單元分別地經以環狀相通，亦即以環狀系統方式。較佳者，裝置較佳包括至少一種位於至少一種給料單元以及多重批次系統的母料批次管路之間的閥。應進一步理解，裝置較佳包括至少一種位於至少一種給料單元以及多重批次系統的至少一種從屬批式管路之間的閥。如果多重批次系統包括二或多個從屬批次管路，系統較佳包括至少一種位於至少一種給料單元以及多重批次系統的每一個從屬批式管路之間的閥。
本發明一個具體實例中，至少一種給料單元以及多重批次系統的母料批次管路以及至少一種從屬批次管路分別地被至少一種背壓閥分離。較佳者，至少一種背壓閥係位於至少一種給料單元以及多重批次系統的母料批次管路之間。額外的或可替代的，至少一種背壓閥係位於至少一種給料單元以及多重批次系統的至少一種從屬批式管路之間。如果該裝置包括二或多個從屬批次管路，該裝置較佳包括至少一種位於至少一種給料單元以及為多重批次系統一部分之從屬批式管路之間的背壓閥。
較佳者，來自至少一種給料單元對多重批次系統，亦即母料批次管路及/或至少一種從屬批次管路的入料係由至少一種流量計，較佳一 個流量計控制。本發明一個具體實例中，至少一種流量計係位於至少一種給料單元以及多重批次系統亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路之間。較佳者，一個流量計係位於至少一種給料單元以及多重批次系統亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路之間，以致於多重批次系統亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路的入料係經流量計控制。
本發明裝置的一項特定要求為多重批次系統包括母料批次管路，其包括以環狀相通的至少一種氣體給料入口例如Bronkhorst裝置，至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口。
母料批次管路中，二氧化碳藉由至少一種氣體給料入口被注射入水性碳酸鈣懸浮物。該碳酸鈣懸浮物然後與二氧化碳反應，以及在母料批次管路中轉變成呈水性溶液的碳酸氫鈣。應理解的是，碳酸鈣懸浮物轉變成碳酸氫鈣溶液在特定停留時間內發生在多重批次系統的母料批次管路中。例如，在多重批次系統的母料批次管路中，碳酸鈣懸浮物轉變成碳酸氫鈣溶液的停留時間較佳低於240分鐘，更佳低於120分鐘，又更佳低於90分鐘，又甚更佳低於60分鐘以及最佳低於45分鐘。例如，在多重批次系統的母料批次管路中，碳酸鈣懸浮物轉變成碳酸氫鈣溶液的停留時間可為從1至240分鐘，更佳從1至120分鐘，又更佳從1至90分鐘，甚至更佳從2至60分鐘以及最佳從2至45分鐘。
應理解，本發明"溶解碳酸鈣"意義包括碳酸鈣(CaCO3)、鈣離子(Ca2+)、碳酸氫鹽離子(HCO3 -)、碳酸鹽離子(CO3 2-)、碳酸(H2CO3)以及溶解的CO2，視在均衡狀態下CO2溶解量而定。
較佳者，多重批次系統的母料批次管路中所得碳酸氫鈣溶液具有為碳酸氫鈣的鈣濃度從50至1,000毫克/升(為CaCO3形式)，較佳從100至800毫克/升(為CaCO3)，以及最佳從500至700毫克/升(為CaCO3形式)。因此應理解，多重批次系統的母料批次管路中所得到碳酸氫鈣溶液為濃碳酸氫鈣溶液。
為本發明目的，"鈣濃度"用語指的是溶液中總鈣含量且係界定為毫克/升的Ca2+或CaCO3。濃度可使用滴定器量測。
額外的或可替代的，在多重批次系統的母料批次管路中得到的碳酸氫鈣溶液具有鎂濃度從1至150毫克/升(為MgCO3形式)，較佳從2至100毫克/升(為MgCO3形式)，以及最佳從5至50毫克/升(為MgCO3形式)。
根據本發明又另一個具體實例，多重批次系統的母料批次管路中所得碳酸氫鈣溶液具有濁度值低於250NTU，較佳低於200NTU，更佳低於150NTU以及最佳低於100NTU。例如，母料批次管路中所得碳酸氫鈣溶液具有濁度值低於50NTU或低於20NTU。
在本發明之意義中，"濁度(Turbidity)"描述由一般憑肉眼不可見的個別粒子(懸浮固體)引起之流體混濁度(cloudiness)或渾濁度(haziness)。濁度量測為水質之關鍵測試且可用濁度計進行。如本發明中使用之經校準之濁度計的濁度單位經規定為比濁法濁度單位Nephelometric Turbidity Units)(NTU)。
根據本發明又另一個具體實例，多重批次系統的母料批次管路中所得碳酸氫鈣溶液具有導電率值高於200μS/cm，較佳高於500μS/cm，更佳高於700μS/cm或高於900μS/cm。
本發明"導電率"意義係作為經量測水無鹽、無離子或無雜質程度的指示劑；水愈純，導電率愈低。導電率可使用導電計量測以及界定為μS/cm。
碳酸氫鈣溶液較佳係製備於導入：(i)產生二氧化碳的化合物或(ii)產生二氧化碳的化合物以及酸。
為本發明目的，用語"產生二氧化碳的化合物"包括氣態二氧化碳，液體二氧化碳，固態二氧化碳，包括二氧化碳的氣體，亦即至少一種氣體以及二氧化碳的混合物，以及經熱或化學處理而釋出二氧化碳的化合物。較佳者，產生二氧化碳的化合物為二氧化碳以及例如包括從工業方法如燃燒方法或煅燒方法或類似者排出的煙道氣體的二氧化碳的其他氣體的氣態混合物，或者產生二氧化碳的化合物為氣態二氧化碳。當使用二氧化碳以及其他氣體的氣態混合物，則二氧化碳存在量以氣態混合物總體積計為90至約99%體積，以及較佳為95至99%體積。例如，二氧化碳存在量以氣態混合物總體積計為至少97%體積。
本發明所用酸較佳為選自由硫酸、氫氯酸、亞硫酸、磷酸組成之酸，以及較佳為硫酸或磷酸。
可從儲存槽中獲得氣態二氧化碳，其在該儲存槽中保持為液相。視二氧化碳之消耗速率及環境而定，可使用低溫槽或習知隔熱槽。可使用空氣加熱汽化器或基於電或蒸汽之汽化系統來進行液體二氧化碳至氣態二氧化碳的轉化。必要時，在注射步驟之前經由至少一個氣體給料入口例如藉由使用減壓閥減少氣態二氧化碳之壓力。
氣態二氧化碳可在控制率下藉由至少一種氣體給料入口被 注入水性碳酸鈣懸浮物物流中，形成二氧化碳氣泡在該物流中的分散物以及讓氣泡溶解於其中。例如，碳酸鈣溶解於液體亦即水中，需要化學計量比例或對存在於水性碳酸鈣懸浮物中總量CaCO3過量二氧化碳。如果注入過量二氧化碳，過量二氧化碳在1與20倍關於CaCO3化學計量比例之間變化，較佳在2與10倍關於CaCO3化學計量比例之間變化，以及最佳1與6倍關於CaCO3化學計量比例之間變化，其根據水性懸浮物中起始CO2濃度。使用將再礦化水將濃碳酸氫鈣溶液稀釋比例將對最終標的pH值(過量CO2)以及最終標的鈣濃度(添加的CaCO3)有影響，端視母溶液(碳酸氫鈣溶液)的實際濃度而定。
應理解的是，為得到碳酸氫鈣溶液，碳酸鈣在碳酸鈣懸浮物的液體相亦即水中的溶解率視供給CO2量而定，但亦視溫度、pH、壓力、懸浮物中起始CaCO3濃度以及CO2被導入碳酸鈣懸浮物時的給料率而定。
根據示範性具體實例，二氧化碳被導入水性碳酸鈣懸浮物，用於藉在至少一種氣體給料入口的水的擾流區域製備碳酸氫鈣溶液，其中例如可藉管路中的限制物造成擾流。例如，二氧化碳可被導入文氏注射器喉部，其係設置於連接至多重批次系統的母料批次管路的單一單元的管路。位於文氏注射器喉部管路截面積窄化製造足夠能量的擾流而將二氧化碳打破成為相當小氣泡且藉此加速其溶解。根據一個具體實例，二氧化碳在壓力下被導入在多重批次系統的母料批次管路中的水性碳酸鈣懸浮物物流。
額外的或可替代的，應理解的是，母料批次管路中，二氧化碳被注入水性碳酸鈣懸浮物，其具有從5至60℃，較佳從10至50℃以及 最佳從10至40℃，如從10至30℃的溫度。本發明一個具體實例中，多重批次系統的母料批次管路中的水性碳酸鈣懸浮物具有約室溫亦即從15至25℃的溫度。
本發明一個具體實例中，二氧化碳被注入母料批次管路中的水性碳酸鈣懸浮物在1至3巴壓力、約室溫亦即從15至25℃溫度。例如，二氧化碳被注入母料批次管路中的水性碳酸鈣懸浮物，在約2巴壓力、在約溫度亦即從15至25℃的室溫。
如此，應理解的是，母料批次管路的至少一種氣體給料入口較佳為CO2入口。本發明一個具體實例，母料批次管路的至少一種氣體給料入口為文氏注射器。可替代的，母料批次管路的至少一種氣體給料入口為具有背壓閥的質量流量控制器。例如，質量流量控制器為Bronkhurst裝置。
在本專利申請案意義中，文氏注射器為似泵元件，其使用收縮-擴張噴嘴文氏功效將原動流體的壓力能量轉變成速度能量，創造低壓力區，藉抽取吸入及夾帶流體。在通過注射器喉部之後，混合流體膨脹且速度降低，藉由將速度能量轉變回壓力能量造成混合流體再壓縮。原動流體可為液體、蒸氣或任何其他氣體。藉抽取夾帶的流體可為氣體、液體、漿料或帶塵的氣體物流。
流動控制閥或其他裝置可被用於控制二氧化碳進入用於製備濃碳酸氫鈣溶液的水性碳酸鈣懸浮物的流率。例如，CO2給料區塊及/或濁度，pH或導電率線上量測元件及/或計時器可被用於控制進入多重批次系統的母料批次管路中的碳酸鈣懸浮物的CO2給料率。
二氧化碳藉由形成水性碳酸氫鈣溶液而酸化水性碳酸鈣懸 浮物。被注射入水性碳酸鈣懸浮物的二氧化碳之量將視已存在於水性碳酸鈣懸浮物的二氧化碳之量而定。已存在於該懸浮物的二氧化碳之量，反過來將視，例如，上游處理以獲得用於製備水性碳酸鈣懸浮物的脫鹽水而定。例如，製備於已藉快速蒸發被脫鹽化的水的水性懸浮物碳酸鈣，相較於藉逆滲透脫鹽化的水將包含其他量之二氧化碳，以及因此其他pH。例如，已藉逆滲透脫鹽化的水可具有pH約5.2至6.6以及CO2之量約0.8至15.9毫克/升。然而，根據上游處理以獲得脫鹽化水，CO2濃度可達45毫克/升或甚至更高。應進一步理解，包括高CO2濃度的最終再礦化水能進行脫碳酸鹽以減輕此種水相的攻擊性。
較佳者，二氧化碳於用於製備碳酸氫鈣溶液的水性碳酸鈣懸浮物的溶解可被至少一種混合單元加速，該混合單元具有至少一種入口以及至少一種出口。
本發明一個具體實例中，多重批次系統的母料批次管路包括一個混合單元，較佳至少二個混合單元以及最佳二個混合單元。例如，多重批次系統的母料批次管路包括至少二個經串連的混合單元，較佳二個經串連混合單元。
此方面，應理解的是，至少一種混合單元可為為此技藝人士習知的任何種類槽及/或容器供用於合併及/或混合及/或攪拌包括碳酸鈣的懸浮物。例如，至少一種混合單元為垂直及/或水平混合單元或管形狀混合單元。可替代的，至少一種混合單元可為任何用於空穴(cavitation)的元件。例如，至少一種混合單元為可得自於Applied cavitation Technologies,USA的空穴裝置。
本發明一個具體實例中，為多重批次系統一部分之母料批次管路的至少一種混合單元為垂直及/或水平混合單元。較佳者，母料批次管路的至少一種混合單元為垂直混合單元。
例如，至少一種混合單元為槽及/或容器從1升至1,000千升，較佳從10升至500千升，更佳從10升至250千升以及最佳從10千至100千升。
較佳者，母料批次管路的至少一種混合單元包括攪拌裝置及/或空穴裝置。本發明一個具體實例中，至少一種混合單元包括攪拌裝置或空穴裝置。較佳者，至少一種混合單元包括攪拌裝置。例如，攪拌裝置係選自機械攪拌裝置例如攪拌葉片，一般用於攪拌以及混合槽及/或容器內包括碳酸鈣的懸浮物。可替代的，攪拌裝置係選自粉末-液體混合裝置，一般用於攪拌以及混合槽及/或容器內更濃的包括碳酸鈣的懸浮物。可替代的，如果至少一種混合單元為管狀混合單元，混合單元可包括能充分混合碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液的混合珠。
本發明一個具體實例中，為多重批次系統一部分的母料批次管路的至少一種混合單元為至少一種靜態混合器。較佳者，至少一種靜態混合器的特徵為該混合器包括複數個混合室，其一者配置於另一者之後以及與沿著管軸的另一個相鄰。
此方面，應理解的是，至少一種靜態混合器可為此技藝人士習知的任何種類的靜態混合器供徹底混合包括碳酸鈣的懸浮物或碳酸氫溶液鈣。
例如，至少一種靜態混合器為靜態混合器為可從Sulzer Chemtech AG,Switzerland購得的Sulzer Mischer SMVTM。
可替代的，為多重批次系統一部分的母料批次管路的至少一種混合單元為至少一種動態混合器。較佳者，該動態混合器的特徵在於混合器包括混合裝置例如攪拌葉片或混合珠或螺旋槳。
此方面，應理解的是，為多重批次系統一部分的母料批次管路的至少一種動態混合器可為技藝人士習知的任何種類的動態混合器為，供用於徹底混合包括碳酸鈣的懸浮物或碳酸氫鈣溶液。本發明一個具體實例中，至少一種動態混合器為包括複數個混合珠的管狀混合器。
例如，至少一種動態混合器可為任何為此技藝人士所熟知的動態混合器，供用於合併及/或混合及/或攪拌包括碳酸鈣的懸浮物。
視所得水性碳酸氫鈣溶液濃度而定，在母料批次管路中的停留時間可從1至240分鐘，從1至120分鐘，從1至90分鐘，從2至60分鐘，或從2至45分鐘。應理解的是，在多重批次系統的母料批次管路中的停留時間的變化範圍廣且可視例如母料批次管路的碳酸鈣懸浮物給料而定，但亦視其他方法參數例如溫度、pH、壓力以及起始水品質而定。
對於在二氧化碳存在下進一步從水性碳酸鈣懸浮物溶解碳酸鈣而形成溶解碳酸鈣溶液，亦即濃碳酸氫鈣溶液，多重批次系統的母料批次管路包括至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口。
較佳者，多重批次系統的母料批次管路包括一個槽。
此方面，應理解的是，至少一種槽可為為此技藝人士習知的任何種類的槽及/或容器供攪拌包括碳酸鈣的懸浮物及/或完成轉變包括碳酸鈣的懸浮物成碳酸氫鈣溶液。
例如，至少一種槽可為範圍從1升至1,000千升，較佳從10升至500千升，更佳從10升至250千升以及最佳從10升至100千升的槽及/或容器。
應進一步理解，母料批次管路的至少一種槽為技藝人士所熟知的開放槽或封閉槽。本發明一個具體實例中，至少一種槽為封閉槽。例如，如果母料批次管路的至少一種槽係以封閉槽形式被提供，該封閉槽較佳在為壓力下操作，亦即包括碳酸鈣的懸浮物的攪拌及/或包括碳酸鈣的懸浮物轉變成碳酸氫鈣溶液的完成係在壓力下進行。母料批次管路的至少一種封閉槽內可調整的合適壓力較佳範圍為從0.1巴至10巴，更佳從0.2至5kPa以及最佳從0.5至2kPa。
本發明一個具體實例中，母料批次管路的至少一種槽包括攪拌裝置。例如，攪拌裝置係選自機械攪拌裝置例如攪拌葉片，其一般被用於攪拌在槽及/或容器中的包括碳酸鈣的懸浮物或碳酸氫鈣溶液。
根據本發明一個具體實例，母料批次管路的至少一種混合單元在為多重批次系統一部分的母料批次管路的至少一種槽中整合。例如，如果至少一種混合單元在母料批次管路的至少一種槽中整合，該經合併的的混合單元/槽較佳為至少一種動態混合器。據上所述，如果至少一種混合單元在母料批次管路的至少一種槽中整合，亦即動態混合器，該合併的混合單元/槽係位於至少一種氣體給料入口之前或之後。
可替代的，如果至少混合單元為至少一種靜態混合器或至少一種動態混合器為管狀，至少一種混合單元以及至少一種槽較佳彼此分離，亦即未被合併。據上所述，如果至少一種混合單元為至少一種靜態混 合器或至少一種動態混合器為管狀，該至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及母料批次管路的至少一種槽之間。
本發明一個具體實例中，為多重批次系統一部分的母料批次管路的至少一種槽包括至少一種控制單元以調節至少一種槽的填充水平。此方面，應理解的是，至少一種控制單元較佳調節槽的填充水平，槽其中不會有碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液溢流。
例如，至少一種控制單元調節槽的填充水平，其中碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液被釋出進入系統，如果槽包括碳酸氫鈣溶液。較佳者，只有碳酸氫鈣溶液被釋出進入系統，如果合適的參數例如設定停留時間、溫度、pH、濁度導電率、鈣離子濃度等符合所製備的碳酸氫鈣溶液。
據上所述，製備碳酸氫鈣溶液較佳經參數控制。
如此較佳者，為本發明裝置一部分的多重批次系統的母料批次管路包括的裝置用於控制亦即量測及監控懸浮物水性碳酸鈣或碳酸氫鈣溶液的參數值，例如環狀母料批次管路中停留時間、導電率、溫度、pH、總溶解固體、濁度、鹼度、總硬度、鈣濃度及/或溶解碳酸鈣溶液的CO2濃度。
根據本發明一個具體實例，多重批次系統的母料批次管路包括至少一種控制單元以監控pH、濁度、導電率、溫度及/或鈣離子濃度(例如藉離子敏感電極)。
額外的或可替代的，多重批次系統的母料批次管路包括至少一種控制單元供調節CO2給料數量、CO2給料率、根據設定pH值的停留時間、濁度及/或導電率。
為本發明裝置一部分的多重批次系統的母料批次管路包括至少一種氣體給料入口，至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以致於達成以環狀相通。
如此應理解，多重批次系統的母料批次管路包括必要的單元，其中至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及至少一種槽之間。例如，至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及至少一種槽之間，如果至少一種混合單元為靜態混合器或動態混合器為管狀。可替代的或額外的，應理解的是，至少一種槽係位於至少一種混合單元以及至少一種氣體給料入口之間。可替代的或額外的，應理解的是，至少一種氣體給料入口係位於至少一種槽以及至少一種混合單元之間。
根據本發明一個具體實例，至少一種混合單元係整合於母料批次管路的至少一種槽中。例如，至少一種混合單元係整合於至少一種槽中，如果至少一種混合單元為動態混合器。據上所述，如果至少一種混合單元係整合於母料批次管路的至少一種槽中，亦即動態混合器，合併的混合單元/槽係位於母料批次管路的至少一種氣體給料入口之前或之後。
如此應理解，為至少一種動態混合器的母料批次管路的至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及至少一種槽之間，或可替代的，係於至少一種槽中整合。
換言之，母料批次管路的單一單元經直接或間接的藉配置其中的管子或管線在經由及各單元間連接、以致於流體連接導管(或管路)從一個單元的出口往外延伸且與其他單元的另一個入口連接。
根據本發明一個具體實例，為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路的至少一種氣體給料入口如此經連接至母料批次管路至少一種混合單元的至少一種入口。額外的或可替代的，為本發明裝置多重批次系統的母料批次管路至少一種混合單元的至少一種出口經連接至母料批次管路至少一種槽的至少一種入口。額外的或可替代的，本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路至少一種槽的至少一種出口為經連接至母料批次管路的至少一種氣體給料入口。
可替代的，如果至少一種混合單元在至少一種槽中整合，為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路的至少一種氣體給料入口經連接至母料批次管路合併的混合單元/槽的至少一種入口。額外的或可替代的，為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路的合併的混合單元/槽的至少一種出口經連接至母料批次管路的至少一種氣體給料入口的至少一種入口。
為了從水性碳酸鈣懸浮物得到濃碳酸氫鈣溶液，較佳者，母料批次管路的至少一種氣體給料入口係位於至少一種給料單元之後。
本發明"之後"用語意義指的是在系統其他單元後面之接續位置，系統例如為母料批次管路及/或至少一種從屬批次管路的至少一種給料單元以及至少一種氣體給料入口，至少一種混合單元或至少一種槽。除非另外陳明，該用語不排除系統該單元之間存在閥、控制單元、管子、管線、泵等。例如，如果敘述至少一種氣體給料入口係位於至少一種給料單元之後，至少一種氣體給料入口為在至少一種給料單元後之的接續單元；但是用語"之後"不排除例如，背壓閥係位於至少一種氣體給料入口以及至少 一種給料單元之間。
從為多重批次系統的母料批次管路一部分的一個單元至為相同管路一部分的其他單元的流體流動較佳藉由一或多個中間(且未特定提及或敘述)裝置、泵或裝備達成。此外，此種流動能或不能被例如閥、開關、控制單元及/或其他合適組件選擇性打斷。
本發明一個具體實例中，多重批次系統的母料批次管路包括至少一種泵，較佳至少二個泵以及最佳至少三個泵，用於將水性碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液從母料批次管路的一個單元導向為管路一部分的其他單元。例如，母料批次管路包括至少一種泵，其位於母料批次管路的至少一種混合單元之前。額外的或可替代的，至少一種泵係位於母料批次管路的至少一種槽之後。
本發明"之前"用語意義指的是系統其他單元前面位置，例如至少一種給料單元以及至少一種氣體給料入口，母料批次管路及/或至少一種從屬批次管路的至少一種混合單元或至少一種槽。除非另外陳明，該用語不排除系統該單元之間存在閥、控制單元、管子、管線、泵等。例如，如果敘述泵係位於至少一種混合單元之前，至少一種泵係為在至少一種混合單元之前的前面單元。
本發明一個具體實例中，母料批次管路包括一個泵，其位於至少一種混合單元之前以及母料批次管路的至少一種槽之後。
額外的或可替代的，至少一種泵，較佳一個泵，係位於母料批次管路的至少一種氣體給料入口例如文氏注射器之前或之後。
至少一種泵係較佳經設計使得水性碳酸鈣懸浮物或碳酸氫 鈣溶液以循環方式從至少一種氣體給料入口被導入至少一種混合單元，導入至至少一種槽以及進一步返回至少一種氣體給料入口。
氣體給料入口，較佳文氏注射器，可位於母料批次管路內之至少一種泵之前(亦即接近至少一種混合單元)或之後(亦即接近至少一種給料單元)。使用文氏注射器的一項優點為氣體，例如藉發電製造的CO2，可在使用本發明多重批次系統進行下被導入方法中。
應進一步理解，母料批次管路內至少一種泵的泵能力(總體單位m3/h)為為母料批次管路一部分的至少一種槽體積的0.01至100倍。
額外的或可替代的，由母料批次管路的至少一種泵誘導而入料至少一種混合單元的流動速度係0.2以及10m/s，較佳0.5以及5m/s，更佳1以及2m/s以及最佳1以及1.5m/s之間。
如果為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路包括至少一種靜態混合器作為至少一種混合單元，由母料批次管路的至少一種泵誘導而入料至少一種混合單元的流動速度較佳1以及1.5m/s之間。
額外的或可替代的，母料批次管路的至少一種泵係在從1至10巴，較佳從2至8巴以及最佳從2至6巴的壓力下操作。
碳酸氫鈣溶液的製備可藉由檢測母料批次管路批次方法期間例如停留時間、導電率、pH、溫度、鈣離子濃度、泵速度、流動壓力、CO2給料或濁度量測線上的參數進行監控。例如，為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路包括至少一種控制單元供監控停留時間、泵速度、流動、壓力及/或CO2給料。額外的或可替代的，母料批次管路包括至少一種控制單元供監控碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液的pH、濁度、導電率、 溫度及/或鈣離子濃度(例如藉離子敏感電極)。
如此應理解，為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路較佳包括至少一種控制單元，其根據設定pH值濁度及/或導電率調節CO2給料量及/或給料率及/或停留時間。調節CO2給料量及/或給料率及/或停留時間的至少一種控制單元，以及監控停留時間、泵速度、流動、壓力及/或CO2給料的至少一種控制單元，以及監控pH、濁度、導電率、溫度及/或鈣離子濃度一個控制單元可集體地或分離地操作。
例如，母料批次管路包括監控流動的控制單元，其較佳位於至少一種混合單元之前及/或至少一種氣體給料入口之後。較佳者，為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路包括分別地監控pH、濁度以及導電率的控制單元，其較佳位於至少一種混合單元之後及/或至少一種槽之前。
本發明一個具體實例中，為多重批次系統本發明裝置一部分的母料批次管路包括監控流動的控制單元，其係位於至少一種混合單元之前以及至少一種氣體給料入口之後以及分別量測pH、濁度以及導電率的控制單元，其係位於母料批次管路的至少一種混合單元之後以及至少一種槽之前。
本發明一項要求為至少一部分水性碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液可從為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路排出。被排出的碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液較佳經為本發明裝置一部分的至少一種薄膜過濾單元過濾。
據上所述，較佳者，多重批次系統的母料批次管路的至少一 種出口經連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口。
本發明一個具體實例中，多重批次系統的母料批次管路如此包括至少一種出口，其係位於至少一種混合單元之前及/或之後。通過本發明裝置至少一種薄膜過濾單元的碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液較佳從母料批次管路經由位於至少一種混合單元之後的至少一種出口排出。母料批次管路如此較佳包括至少一種出口，其係位於至少一種混合單元之後。例如，母料批次管路包括至少一種出口，其係位於至少一種混合單元之後以及之後。
碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液的排出較佳經由閥、開關、控制單元及/或能夠選擇地打斷碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液流動的其他合適組件加以控制。
本發明裝置其他要求為多重批次系統包括至少一種從屬批式管路，其包括以環狀相通的至少一種氣體給料入口，至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口。
較佳者，多重批次系統包括至少一種從屬批次管路，較佳至少二種從屬批次管路以及最佳至少三種從屬批次管路。例如，多重批次系統包括一種從屬批次管路。
在每種一或多種從屬批次管路中，藉由至少一種給料單元經注射入多重批次系統的至少一種從屬批次管路的水性碳酸鈣懸浮物與二氧化碳接觸以將碳酸鈣溶解於水性懸浮物中而形成碳酸氫鈣溶液。該碳酸鈣懸浮物在至少一種從屬批次管路每一者中被轉變成為碳酸氫鈣溶液。應理 解的是，碳酸鈣懸浮物轉變成為碳酸氫鈣溶液係特定停留時間內發生在一或多種從屬批次管路之每一者中。例如，在一或多種從屬批次管路每一者中碳酸鈣懸浮物轉變成為碳酸氫鈣溶液的停留時間較佳低於240分鐘，更佳低於120分鐘，又更佳低於90分鐘，又更佳低於60分鐘以及最佳低於45分鐘。例如，在一或多種從屬批次管路每一者中碳酸鈣懸浮物轉變成為碳酸氫鈣溶液的停留時間可從1至240分鐘，更佳從1至120分鐘，又更佳從1至90分鐘，又甚至更佳從2至60分鐘以及最佳從2至45分鐘。
較佳者，多重批次系統的一或多種從屬批次管路之每一者所獲得的碳酸氫鈣溶液具有為碳酸氫鈣的鈣濃度從50至1,000毫克/升(為CaCO3)，較佳從100至800毫克/升(為CaCO3形式)，以及最佳從500至700毫克/升(為CaCO3形式)。如此應理解，多重批次系統的至少一種從屬批式管路所獲得碳酸氫鈣溶液為濃碳酸氫鈣溶液。
額外的或可替代的，一或多種從屬批次管路每一者所獲得碳酸氫鈣溶液具有鎂濃度從1至150毫克/升(為MgCO3形式)，較佳從2至100毫克/升(為MgCO3形式)，以及最佳從5至50毫克/升(為MgCO3形式)。根據本發明又一其他具體實例，一或多種從屬批次管路每一者所獲得碳酸氫鈣溶液具有濁度值低於250NTU，較佳低於200NTU，更佳低於150以及最佳低於100NTU。例如，一或多種從屬批次管路每一者所獲得碳酸氫鈣溶液具有濁度值低於50NTU或低於20NTU。
根據本發明甚至其他具體實例，多重批次系統的一或多種從屬批次管路的每一者所獲得碳酸氫鈣溶液具有導電率值高於200μS/cm，較佳高於500μS/cm，更佳高於700μS/cm或高於900μS/cm。
碳酸氫鈣溶液係較佳製備於至少一種從屬批式管路，係藉由導入：(i)產生二氧化碳的化合物或(ii)產生二氧化碳的化合物以及酸。
本發明一個具體實例中，產生二氧化碳的化合物為二氧化碳以及例如包括從工業方法如燃燒方法或煅燒方法或類似者排出的煙道氣體的二氧化碳的其他氣體的氣態混合物，或者產生二氧化碳的化合物為氣態二氧化碳。當使用二氧化碳以及其他氣體的氣態混合物，則二氧化碳存在量以氣態混合物總體積計為90至約99%體積，以及較佳為95至99%體積。例如，二氧化碳存在量以氣態混合物總體積計為至少97%體積。
本發明所用酸較佳為選自由硫酸、氫氯酸、亞硫酸、磷酸組成之酸，以及較佳為硫酸或磷酸。
用於多重批次系統的至少一種從屬批式管路的氣態二氧化碳可得自於儲存槽，在其中以液體相保持。視二氧化碳消耗率以及環境而定，可以使用低溫或傳統絕緣槽。液體二氧化碳轉變成為氣態二氧化碳，可以使用空氣加熱蒸發器，或電力或蒸氣為基礎的蒸發系統進行。視需要，氣態二氧化碳壓力可以在注射步驟之前經由至少一種氣體給料入口降低，例如藉由使用減壓閥。
藉由位於至少一種從屬批次管路的至少一種氣體給料入口，氣態二氧化碳可在控制率下被注射入多重批次系統的至少一種從屬批式管路中的水性碳酸鈣懸浮物物流，形成在物流中的二氧化碳氣泡分散物以及讓氣泡溶解於其中。例如，碳酸鈣溶解於液體亦即水中，需要對存在於水性碳酸鈣懸浮物CaCO3總量化學計量比例或過量的二氧化碳。如果使用過量二氧化碳，過量二氧化碳1以及20倍之間關於CaCO3的化學計量比 例，較佳2以及10倍之間關於CaCO3的化學計量比例以及最佳1以及6倍之間關於CaCO3的化學計量比例，根據水性懸浮物中起始CO2濃度。使用將再礦化水稀釋濃碳酸氫鈣溶液的比例將會影響最終標的pH值(過量CO2)以及最終標的的鈣濃度(添加的CaCO3)，視母溶液(碳酸氫鈣溶液)實際濃度而定。
應理解的是，為得到碳酸氫鈣溶液，碳酸鈣在至少一種從屬批式管路中碳酸鈣懸浮物的液體相亦即水中的溶解率視供給CO2量而定，但亦視溫度、pH、壓力、懸浮物中起始CaCO3濃度以及CO2被導入多重批次系統的至少一種從屬批式管路中碳酸鈣懸浮物時的給料率而定。
根據示範性具體實例，二氧化碳被導入水性碳酸鈣懸浮物，用於藉位於一或多種從屬批次管路的每一者的至少一種氣體給料入口的水的擾流區域製備碳酸氫鈣溶液(亦即在多重批次系統的一或多種從屬批次管路每一者中)，其中例如可藉管路中的限制物造成擾流。例如，二氧化碳可被導入文氏注射器喉部，其係設置於連接至多重批次系統的至少一種從屬批式管路的單一單元的管路。位於文氏注射器喉部管路截面積窄化製造足夠能量的擾流而將二氧化碳打破成為相當小氣泡且藉此加速其在至少一種從屬批式管路中溶解。根據一個具體實例，二氧化碳在壓力下被導入在多重批次系統的至少一種從屬批式管路中的水性碳酸鈣懸浮物物流。
額外的或可替代的，應理解的是，至少一種從屬批式管路中，二氧化碳被注入水性碳酸鈣懸浮物，其具有從5至60℃，較佳從10至50℃以及最佳從10至40℃，如從10至30℃的溫度。本發明一個具體實例中，多重批次系統的至少一種從屬批式管路中的水性碳酸鈣懸浮物具有 約室溫亦即從15至25℃的溫度。
本發明一個具體實例中，二氧化碳被注入至少一種從屬批式管路中的水性碳酸鈣懸浮物在1至3巴壓力、約室溫亦即從15至25℃溫度。例如，二氧化碳被注入至少一種從屬批式管路中的水性碳酸鈣懸浮物，在約2巴壓力、在約溫度亦即從15至25℃的室溫。
如此，應理解的是，多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口較佳為CO2入口。本發明一個具體實例中，至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口為文氏注射器。可替代的，至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口為具有背壓閥的質量流動控制器。例如，具有背壓閥的質量流動控制器為Bronkhurst裝置。
流動控制閥或其他裝置可被用於控制二氧化碳進入用於在至少一種從屬批次管路中製備濃碳酸氫鈣溶液的水性碳酸鈣懸浮物的流率。例如，CO2給料區塊及/或濁度，pH或導電率線上量測裝置及/或計時器可被用於控制進入多重批次系統的至少一種從屬批式管路中的碳酸鈣懸浮物的CO2給料率。
較佳者，多重批次系統的一或多種從屬批次管路的每一者中，二氧化碳於用於製備碳酸氫鈣溶液的水性碳酸鈣懸浮物的溶解可被至少一種混合單元加速，該混合單元具有至少一種入口以及至少一種出口。
本發明一個具體實例中，多重批次系統的一或多種從屬批次管路的每一者包括一個混合單元，較佳至少二個混合單元以及最佳二個混合單元。例如，一或多種從屬批次管路的每一者包括至少二個經串連的混合單元，較佳二個經串連混合單元。
此方面，應理解的是，為本發明裝置多重批次系統一部的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元可為為此技藝人士習知的任何種類槽及/或容器供用於合併及/或混合及/或攪拌包括碳酸鈣的懸浮物。例如，至少一種混合單元為垂直及/或水平混合單元或管形狀混合單元。可替代的，至少一種混合單元可為任何用於空穴的裝置。例如，至少一種混合單元為可得自於Applied cavitation Technologies,USA的空穴裝置。
本發明一個具體實例中，多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元為垂直及/或水平混合單元。較佳者，多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元為垂直混合單元。
例如，多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元為槽及/或容器為從1升至1,000千升，較佳從10升至500千升，更佳從10升至250千升以及最佳從10升至100千升。
較佳者，多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元包括攪拌裝置及/或空穴裝置。本發明一個具體實例中，至少一種混合單元包括攪拌裝置或空穴裝置。較佳者，至少一種混合單元包括攪拌裝置。例如，攪拌裝置係選自機械攪拌裝置例如一般用於在槽及/或容器中攪拌以及混合包括碳酸鈣的懸浮物的攪拌葉片。可替代的，攪拌裝置係選自一般用於在槽及/或容器中攪拌以及混合更濃的包括碳酸鈣的懸浮物的粉末-液體混合裝置。可替代的，如果至少一種混合單元為管狀混合單元，混合單元可包括能夠充分混合碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液的混合珠。
本發明一個具體實例中，至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元為至少一種靜態混合器。較佳者，至少一種靜態混合器的特徵為 該混合器包括複數個混合室，其一者配置於另一者之後以及與沿著管軸的另一個相鄰。
此方面，應理解的是，為本發明裝置多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種靜態混合器可為任何種類的靜態混合器為此技藝人士習知的用於徹底混合包括碳酸鈣的懸浮物或碳酸氫溶液鈣。
例如，多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種靜態混合器為靜態混合器，為可購自Sulzer Chemtech AG,Switzerland的Sulzer Mischer SMVTM。
可替代的，多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元為至少一種動態混合器。較佳者，動態混合器的特徵為混合器包括混合裝置例如攪拌葉片或混合珠或螺旋槳。
此方面，應理解的是，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種動態混合器可為技藝人士習知的任何種類的動態混合器為，供用於徹底混合包括碳酸鈣的懸浮物或碳酸氫鈣溶液。本發明一個具體實例中，至少一種從屬批式管路的至少一種動態混合器為包括複數個混合珠的管狀混合器。
例如，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種動態混合器可為任何為此技藝人士所熟知的動態混合器，供用於合併及/或混合及/或攪拌包括碳酸鈣的懸浮物。
視多重批次系統的至少一種從屬批式管路中所得水性碳酸氫鈣溶液濃度而定，至少一種從屬批式管路中的停留時間可從1至240分鐘，從1至120分鐘，從1至90分鐘，從2至60分鐘，或從2至45分鐘。 應理解的是，在多重批次系統的至少一種從屬批式管路中的停留時間的變化範圍廣且可視例如至少一種從屬批式管路的碳酸鈣懸浮物給料而定。
對於在二氧化碳存在下進一步從水性碳酸鈣懸浮物溶解碳酸鈣而形成碳酸氫鈣溶液，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路包括至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口。
較佳者，多重批次系統的至少一種從屬批式管路包括一個槽。
此方面，應理解的是，至少一種從屬批式管路的至少一種槽可為為此技藝人士習知的任何種類的槽及/或容器供攪拌包括碳酸鈣的懸浮物及/或完成轉變包括碳酸鈣的懸浮物成碳酸氫鈣溶液。
例如，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種槽可為範圍從1升至1,000千升，較佳從10升至500千升，更佳從10升至250千升以及最佳從10升至100千升的槽及/或容器。
應進一步理解，為多重批次系統的至少一種從屬批式管路的至少一種槽為技藝人士所熟知的開放槽或封閉槽。本發明一個具體實例中，至少一種從屬批式管路的至少一種槽為封閉槽。例如，如果至少一種從屬批式管路的至少一種槽係以封閉槽形式被提供，該封閉槽較佳在為壓力下操作，亦即包括碳酸鈣的懸浮物的攪拌及/或包括碳酸鈣的懸浮物轉變成碳酸氫鈣溶液的完成係在壓力下進行。至少一種從屬批式管路的至少一種封閉槽內可調整的合適壓力較佳範圍為從0.1巴至10巴，更佳從0.2至5kPa以及最佳從0.5至2kPa。
本發明一個具體實例中，至少一種從屬批式管路的至少一種 槽包括攪拌裝置。例如，攪拌裝置係選自機械攪拌裝置例如攪拌葉片，其一般被用於攪拌在槽及/或容器中的包括碳酸鈣的懸浮物或碳酸氫鈣溶液。
根據本發明一個具體實例，至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元在至少一種從屬批式管路的至少一種槽中整合。例如，如果至少一種混合單元在至少一種從屬批式管路的至少一種槽中整合，該經合併的的混合單元/槽較佳為至少一種動態混合器。據上所述，如果至少一種混合單元在至少一種槽中整合，亦即動態混合器，該合併的混合單元/槽係位於至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口之前或之後。
可替代的，如果為本發明裝置多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少混合單元為至少一種靜態混合器或至少一種動態混合器為管狀，至少一種混合單元以及至少一種槽較佳彼此分離，亦即未被合併。據上所述，如果至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元為至少一種靜態混合器或至少一種動態混合器為管狀，該至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及至少一種從屬批式管路的至少一種槽之間。
本發明一個具體實例中，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種槽包括至少一種控制單元以調節至少一種從屬批式管路的至少一種槽的填充水平。此方面，應理解的是，至少一種控制單元調節至少一種從屬批式管路的至少一種槽的填充水平，至少一個槽其中不會有碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液溢流。
例如，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種控制單元調節相應至少一種槽的填充水平，其中碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液被釋出進入系統，如果槽包括碳酸氫鈣溶液。
為本發明裝置多重批次系統一部分的一或多種從屬批次管路的每一者包括至少一種氣體給料入口，以及至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口以致於達成以環狀相通。
如此應理解，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路包括必要的單元，其中至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及至少一種槽之間。例如，至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及至少一種槽之間，如果至少一種混合單元為靜態混合器或動態混合器為管狀。可替代的或額外的，應理解的是，至少一種從屬批式管路的至少一種槽係位於至少一種混合單元以及至少一種氣體給料入口之間。可替代的或額外的，應理解的是，至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口係位於至少一種槽以及至少一種混合單元之間。
根據本發明一個具體實例，至少一種混合單元係整合於至少一種從屬批次管路的至少一種槽中。例如，至少一種混合單元係整合於至少一種槽中，如果至少一種混合單元為動態混合器。據上所述，如果至少一種混合單元係整合於至少一種槽中，亦即動態混合器，合併的混合單元/槽係位於至少一種從屬批次管路的至少一種氣體給料入口之前或之後。
如此應理解，為至少一種動態混合器的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元係位於至少一種氣體給料入口以及至少一種槽之間，或可替代的，係於至少一種從屬批式管路的至少一種槽中整合。
換言之，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的 單一單元經直接或間接的藉配置其中的管子或管線在經由及各單元間連接、以致於流體連接導管(或管路)從一個單元的出口往外延伸且與其他單元的另一個入口連接。
根據本發明一個具體實例，至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口如此經連接至為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元的至少一種入口。額外的或可替代的，至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元的至少一種出口經連接至為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路至少一種槽的至少一種入口。額外的或可替代的，至少一種從屬批式管路的至少一種槽的至少一種出口為經連接至為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口。
可替代的，如果為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元在至少一種槽中整合，至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口經連接至母料批次管路合併的混合單元/槽的至少一種入口。額外的或可替代的，為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的合併的混合單元/槽的至少一種出口經連接至為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口的至少一種入口。
為了從水性碳酸鈣懸浮物得到濃碳酸氫鈣溶液，較佳者，至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口係位於至少一種給料單元之後。
從為多重批次系統的從屬批式管路一部分的一個單元至為相同從屬批式管路一部分的其他單元的流體流動較佳藉由一或多個中間(且 未特定提及或敘述)裝置、泵或裝備達成。此外，此種流動能或不能被例如閥、開關、控制單元及/或其他合適組件選擇性打斷。
本發明一個具體實例中，多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路包括至少一種泵，較佳至少二個泵以及最佳至少三個泵，用於將水性碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液從至少一種從屬批式管路的一個單元導向為相同從屬批式管路一部分的其他單元。例如，至少一種從屬批式管路包括至少一種泵，其位於母料批次管路的至少一種混合單元之前。額外的或可替代的，至少一種泵係位於多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種槽之後。
本發明一個具體實例中，至少一種從屬批式管路包括一個泵，其位於至少一種混合單元之前以及為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種槽之後。
額外的或可替代的，至少一種泵，較佳一個泵，係位於為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口例如文氏注射器之前或之後。
至少一種泵係較佳經設計使得水性碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液以循環方式從至少一種氣體給料入口被導入至少一種混合單元，導入至至少一種槽以及進一步返回至少一種從屬批次管路的至少一種氣體給料入口。
氣體給料入口，較佳文氏注射器，可位於為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路內之至少一種泵之前(亦即接近至少一種混合單元)或之後(亦即接近至少一種給料單元)。
應進一步理解，至少一種從屬批式管路內至少一種泵的泵能力(總體單位m3/h)為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路的至少一種槽體積的0.01至100倍。
額外的或可替代的，由至少一種從屬批式管路的至少一種泵誘導而入料至少一種混合單元的流動速度係0.2以及10m/s，較佳0.5以及5m/s，更佳1以及2m/s以及最佳1以及1.5m/s之間。
如果為為多重批次系統一部分的至少一種從屬批式管路包括至少一種靜態混合器作為至少一種混合單元，由至少一種從屬批式管路的至少一種泵誘導而入料至少一種混合單元的流動速度較佳1以及1.5m/s之間。
額外的或可替代的，至少一種從屬批式管路的至少一種泵係在從1至10巴，較佳從2至8巴以及最佳從2至6巴的壓力下操作。
碳酸氫鈣溶液的製備可藉由檢測例如停留時間、泵速度、流動、壓力及/或CO2給料進行監控。
如此應理解，多重批次系統的至少一種從屬批式管路較佳包括至少一種控制單元，其監控可集體地或分離地操作的停留時間、泵速度、流動、壓力及/或CO2給料。
本發明一項要求為至少一部分水性碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液可從為本發明裝置多重批次系統一部分的母料批次管路排出。被排出的碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液較佳經為本發明裝置一部分的至少一種薄膜過濾單元過濾。
據上所述，較佳者，多重批次系統的至少一種從屬批式管路 的至少一種出口經連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口。
本發明一個具體實例中，多重批次系統的至少一種從屬批式管路如此包括至少一種出口，其係位於至少一種混合單元之前及/或之後。通過本發明裝置至少一種薄膜過濾單元的碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液較佳從至少一種從屬批式管路經由位於至少一種混合單元之後的至少一種出口排出。至少一種從屬批式管路如此較佳包括至少一種出口，其係位於至少一種混合單元之後。例如，至少一種從屬批式管路包括至少一種出口，其係位於至少一種混合單元之後以及之後。
來自至少一種從屬批式管路的碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液的排出較佳經由閥、開關、控制單元及/或能夠選擇地打斷碳酸鈣懸浮物或碳酸氫鈣溶液流動的其他合適組件加以控制。
應理解的是，水性碳酸氫鈣溶液從母料批次管及/或至少一種從屬批式管路排出，以及藉薄膜過濾單元過濾，以進一步降低在裝置的多重批次系統(亦即在母料批次管路及/或至少一種從屬批次管路中每一者)中製備的碳酸氫鈣溶液的濁度水平。
本發明裝置一項要求為包括至少一種薄膜過濾單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口。據上所述，應理解的是，母料批次管路的至少一種出口以及至少一種從屬批式管路的至少一種出口係獨立地連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口。
本發明一個具體實例中，母料批次管路以及至少一種從屬批次管路的每一者經連接至相同薄膜過濾單元，亦即該裝置包括一個薄膜過濾單元。本發明一個具體實例中，多重批次系統的母料批次管路以及至少 一種從屬批次管路能夠同時將碳酸氫鈣溶液入料至本發明裝置一個薄膜過濾單元。可替代的，多重批次系統的母料批次管路以及至少一種從屬批次管路能夠將彼此獨立地將碳酸氫鈣溶液入料至本發明裝置的一個薄膜過濾單元。
據上所述，應理解的是，母料批次管路的至少一種出口以及每一個從屬批式管路的至少一種出口獨立地連接至一個薄膜過濾單元的至少一種入口。較佳者，母料批次管路的至少一種出口以及每一個從屬批式管路的至少一種出口經獨立地連接至薄膜過濾單元的相同入口，亦即薄膜過濾單元包括一個入口。
如果發明裝置包括一個薄膜過濾單元，儲存槽，較佳一個儲存槽可位於母料批次管路以及薄膜過濾單元之間及/或至少一種從屬批式管路以及薄膜過濾單元之間。例如，一個儲存槽係位於母料批次管路以及薄膜過濾單元之間或至少一種從屬批式管路以及薄膜過濾單元之間。可替代的，一個儲存槽係位於母料批次管路以及薄膜過濾單元之間以及至少一種從屬批式管路以及薄膜過濾單元之間。如此應理解，母料批次管路以及至少一種從屬批次管路每一者獨立地連接至相同儲存槽。
據上所述，母料批次管路的至少一種出口以及至少一種從屬批式管路的至少一種出口獨立地連接至儲存槽的至少一種入口。額外的，儲存槽的至少一種出口經連接至薄膜過濾單元的至少一種入口。
此方面，應理解的是，儲存槽可為為此技藝人士習知的任何種類的槽及/或容器供儲存以及收集碳酸氫鈣溶液。例如，儲存槽可為範圍為從1升至1,000千升，較佳從10升至500千升，更佳從10升至250千升 以及最佳從10升至100千升的槽及/或容器。
應進一步理解，儲存槽可為技藝人士所熟知的開放槽或封閉槽。本發明一個具體實例中，儲存槽為封閉槽。例如，如果儲存槽係以封閉槽形式被提供，該封閉槽可在大氣壓力或大氣壓力以上操作。本發明一個具體實例中，該封閉儲存槽較佳在壓力下操作，亦即碳酸鈣溶液的儲存及收集係在大氣壓力以上進行。懸浮物的攪拌及/或包括碳酸鈣的懸浮物轉變成碳酸氫鈣溶液的完成係在壓力下進行。至少一種封閉儲存槽內可調整的合適壓力較佳範圍為從0.1巴至10巴，更佳從0.2至5kPa以及最佳從0.5至2kPa。
本發明一個具體實例中，儲存槽包括至少一種控制單元，其調節儲存槽內的填充水平。此方面，應理解的是，至少一種控制單元調節儲存槽內的填充水平，儲存槽中不會有碳酸氫鈣溶液溢流。
可替代的，裝置包括至少二個薄膜過濾單元。例如，裝置包括二個薄膜過濾單元，亦即一個薄膜過濾單元係連接至母料批次管路以及一個薄膜過濾單元係連接至一或多種從屬批次管路。
本發明一個具體實例中，為本發明裝置一部分的薄膜過濾單元的總數相應於為多重批次系統一部分的母料批次管路以及從屬批次管路的總數。據上所述，應理解的是，母料批次管路以及一或多種從屬批次管路的每一者係獨立地連接至不同的薄膜過濾單元。
如以上所提及者，碳酸氫鈣溶液從母料批次管路以及至少一種從屬批次管路排出分別較佳經閥控制。
較佳者，裝置如此包括至少一種閥，其位於至少一種薄膜過 濾單元以及多重批次系統(亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路)之間。例如，如果裝置包括一個薄膜過濾單元，該裝置包括一或二個閥，較佳為一個閥，其位於該一個薄膜過濾單元以及多重批次系統之間。如果儲存槽係位於多重批次系統(亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路)以及一個薄膜過濾單元之間，裝置較佳包括一個閥，亦即一個閥位於儲存槽之前以及一個閥位於儲存槽之後。
可替代的，如果裝置包括二或多個薄膜過濾單元，至少一種閥係分別位於母料批次管路以及至少一種從屬批次管路之間，以及每一個薄膜過濾單元之間。
本發明一個具體實例中，位於至少一種薄膜過濾單元以及多重批次系統(亦即母料批次管路以及至少一種從屬批次管路)之間的至少一種閥為至少一種背壓閥。
本發明一個具體實例中，至少一個泵係位於母料批次管路以及至少一種薄膜過濾單元之間及/或至少一個泵係位於至少一種從屬批次管路，較佳每一個從屬批次管路，以及至少一種薄膜過濾單元之間。例如，如果本發明裝置包括一個薄膜過濾單元以及儲存槽，至少一個泵，較佳一個泵，係位於儲存槽以及一個薄膜過濾單元之間將碳酸氫鈣溶液導向薄膜過濾單元。
為裝置一部分的至少一種薄膜過濾單元可為為此技藝人士所熟知的任何種類的薄膜過濾器以及一般用於過濾包括碳酸鈣的水性懸浮物溶液。例如，可以使用交叉流動薄膜超過濾裝置及/或交叉流動薄膜超過濾裝置。
應理解的是，薄膜過濾單元內部以及周圍環境之間有壓差，以致於懸浮粒子從懸浮物/溶液分離而得到澄清溶液。較佳者，薄膜過濾單元內部的壓力高於周圍環境的壓力。
超過濾薄膜為具有孔徑在0.1與10μm之間的薄膜且一般用於從懸浮物分離懸浮粒子。超過濾薄膜可為陶瓷、聚合物或其他合成材料。較佳者，該薄膜具有逆脈衝(backpulse)能力，亦即，藉由壓力通過薄膜至水性懸浮物濃側的濾液逆流動而移除傾向降低薄膜流動率的汙染物累積。相反的是，超過濾薄膜為具有孔徑0.001與0.1μm之間的薄膜且用於從懸浮物分離乳化物、蛋白質以及巨分子。結構物的材料一般與用於超過濾薄膜者相同。超過濾薄膜為如上所述的逆脈衝，或者藉關閉濾液閥一段時間進行逆洗。
例如，至少一種薄膜過濾單元為交叉流動薄膜過濾裝置。本發明一個具體實例中，至少一種薄膜過濾單元為交叉流動薄膜超過濾裝置。額外的或可替代的，至少一種薄膜過濾單元為交叉流動薄膜超過濾裝置。例如，至少一種薄膜過濾單元為交叉流動薄膜超過濾裝置。
交叉流動薄膜過濾裝置為此技藝人士習知者。適合本發明裝置的一種交叉流動薄膜過濾裝置包括交叉流動薄膜過濾裝置(可得自於Microdyn-Nadir GMBH,Germany as Mycrodyn Modul CMB 150)或超過濾薄膜2.5" dizzer模組(可得自於Inge(UF Module dizzer 2514P 0.5))。
應理解的是，至少一種薄膜過濾單元包括至少一種片狀過濾器及/或管式過濾器及/或毛細管過濾器薄膜。較佳者，至少一種薄膜過濾單元包括至少一種管式過濾器薄膜。如果至少一種薄膜過濾單元包括至少一 種管式過濾器薄膜，該管式過濾器薄膜較佳具有管子內徑為0.01mm至25mm，更佳0.1mm至10mm以及最佳0.1至7.5mm。例如，管式過濾器薄膜具有管子內徑為1mm至7.5mm以及較佳2.5mm至7.5mm。
本發明一個具體實例中，至少一種薄膜過濾單元包括具有複數個毛細管的毛細管過濾器薄膜。如果至少一種薄膜過濾單元為具有複數個毛細管的毛細管過濾器薄膜，該毛細管較佳具有內徑為0.01mm至25mm，更佳0.1mm至10mm以及最佳0.1至7.5mm。例如，至少一種薄膜過濾單元的毛細管具有內徑為0.5mm至5mm以及較佳為0.5mm至2.5mm。
如果至少一種薄膜過濾單元為具有複數個毛細管的毛細管過濾器薄膜，薄膜過濾單元較佳包括從2至15個毛細管，較佳從4至12個以及最佳從5至10個毛細管。例如，至少一種薄膜過濾單元包括7個毛細管。
以毛細管過濾器薄膜較佳，因為其提供優良流動條件供在相對低操作壓力以及高循環流率下分離固體，因為薄膜表面會產生擾流。
本發明一個具體實例中，毛細管過濾器薄膜包括至少一種薄膜，其具有孔徑為0.01μm與10μm之間，較佳0.05與5μm之間，更佳0.1與2μm之間以及最佳0.5與2μm之間。
薄膜過濾單元為此技藝人士所習知者。適合於本發明多重批次系統的一種薄膜過濾單元包括dizzer® Modules，可得自於Inge watertechnologies(Germany)。
應進一步理解，通過交叉流動薄膜過濾裝置的至少一種薄膜的流動速度為0.1m/s與10m/s之間，較佳0.5m/s與5m/s之間以及最佳1m/s 與4m/s之間。
額外的或可替代的，交叉流動薄膜過濾裝置入口的壓力為0巴與30巴之間，較佳為0.2巴與10巴之間以及最佳為0.5與5巴之間。
本發明一個具體實例中，至少一種薄膜係由選自由包括燒結材料，多孔陶瓷，合成聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、Teflon®，或經改質聚醚碸以及其混合物組成之群之材料。
在至少一個薄膜過濾單元之後所得碳酸氫鈣溶液亦即濾液，具有較佳pH範圍為5.5至9，較佳範圍為5.5至8，以及最佳範圍為5.5至7.5。
額外的或可替代的，在至少一個薄膜過濾單元之後所得碳酸氫鈣溶液亦即濾液，具有鈣濃度從50至1,000毫克/升，較佳從100至800毫克/升，以及最佳從500至700毫克/升(為CaCO3形式)。如此應理解，在至少一種薄膜過濾單元之後所得碳酸氫鈣溶液亦即濾液，為濃碳酸氫鈣溶液。根據其他具體實例，在至少一個薄膜過濾單元之後所得碳酸氫鈣溶液亦即濾液，具有鎂濃度從1至150毫克/升(為MgCO3)，較佳從2至100毫克/升(為MgCO3形式)，以及最佳從5至50毫克/升(為MgCO3形式)。
根據本發明又其他具體實例，在至少一個薄膜過濾單元之後所得碳酸氫鈣溶液亦即濾液，具有濁度值低於5.0NTU，較佳低於2.0NTU，以及最佳低於1.0NTU。例如，在至少一個薄膜過濾單元之後所得碳酸氫鈣溶液亦即濾液，具有濁度值低於0.5NTU。
根據本發明甚至其他具體實例，在至少一個薄膜過濾單元之後所得碳酸氫鈣溶液亦即濾液，具有導電率值高於200μS/cm，較佳高於 300μS/cm，更佳高於400μS/cm或高於500μS/cm。
本發明一項要件為，裝置單元亦即至少一種給料單元、多重批次系統以及至少一種薄膜過濾單元係以環狀相通方式連接，亦即環狀系統，以致於在至少一種薄膜過濾單元中所得殘留物被循環回本發明裝置的至少一種給料單元。如此應理解，至少一種薄膜過濾單元的至少一種出口經連接至至少一種給料單元的至少一種入口。例如，如果裝置包括一個薄膜過濾單元，薄膜過濾單元的一個出口經連接至至少一種給料單元的一個入口。可替代的，如果裝置包括二或多個薄膜過濾單元，每一個薄膜過濾單元的一個出口經獨立地連接至至少一種給料單元的至少一個入口，較佳一個入口。
應理解的是，多重批次系統的母料批次管路以及至少一種從屬批式管路可彼此獨立地操作。例如，多重批次系統的母料批次管路被用於製備碳酸氫鈣溶液以及多重批次系統的至少一種從屬批式管路已包含製備的碳酸氫鈣溶液。可替代的，多重批次系統的母料批次管路已包含製備的碳酸氫鈣溶液以及多重批次系統的至少一種從屬批式管路被用於製備碳酸氫鈣溶液。
本發明裝置的優點為達成連續製備碳酸氫鈣溶液，其進一步被用於水再礦化。特別的是，本發明裝置容許連續製備具有減少濁度亦即濁度<0.5NTU的濃碳酸氫鈣溶液。
有鑑於本發明裝置中有利的製備碳酸氫鈣溶液，本發明另一個態樣指的是裝置用於製備碳酸氫鈣溶液的用途。特別的是，本發明指的是裝置用於連續製備碳酸氫鈣溶液的用途。較佳者，溶液具有碳酸氫鈣濃 度從50至1,000毫克/升，較佳從100至800毫克/升，以及最佳從500至700毫克/升。
較佳者，製備的碳酸氫鈣溶液係用於水再礦化。
本發明又另一態樣指的是在裝置中製備的碳酸氫鈣溶液供水再礦化的用途。較佳者，被再礦化的水係選自飲用水、諸如游泳池用水之休閒用水、用於製程應用之工業用水、灌溉用水、或含水層或水井補注用水。
本發明在參考以下與圖有關係之一個多重批次系統的一個具體實例中作更詳細的說明。
圖1顯示包括至少一種給料單元、多重批次系統以及一個薄膜過濾單元的裝置的範例性排列。該裝置包括至少一種給料單元(6)，其經連接至水供給(2)以及為固體材料儲存容器(4)形式的固體供給。該裝置進一步包括漿料供給(8)，其連接至少一種給料單元(6)以及多重批次系統的每一管路，亦即母料批次管路(10)，第一從屬批式管路(12)以及每一個視需要的進一步從屬批式管路(14)，以及被用於將水性碳酸鈣懸浮物注射入多重批次系統。母料批次管路以及每一從屬批次管路，分別地包括以環狀相通的氣體給料入口(16)，至少一種混合單元(26)以及至少一種槽(28)。為了將二氧化碳導入水性碳酸鈣懸浮物，母料批次管路以及每一從屬批次管路分別地經配備氣體給料入口例如CO2入口(16)。此外，二氧化碳在水性碳酸鈣懸浮物的溶解藉分別地設置於母料批次管路以及每一從屬批次管路中的至少一種混合單元(26)而加速。在二氧化碳存在下從水性碳酸鈣懸浮物中碳酸鈣進一步溶解而形成濃碳酸氫鈣溶液，母料批次管路以及每一從屬批次管路分別 進一步包括至少一個槽(28)。如此較佳者，母料批次管路以及每一從屬批次管路分別地經排列，其中氣體給料入口(16)經連接至至少一種混合單元(26)的至少一個入口以及至少一種混合單元(26)的至少一個出口經連接至至少一個槽(28)的至少一個入口。此外，至少一種槽(28)的至少一個出口經連接至氣體給料入口(16)。
一項要件為至少一部分水性碳酸氫鈣溶液可從分別地從母料批次管路以及每一從屬批次管路排出。據上所述，母料批次管路以及每一從屬批次管路分別地被配置出口供排出至少一部分碳酸鈣溶液以及經由供給(20,22,24)將碳酸鈣溶液提供至至少一種薄膜過濾單元(34)。該出口較佳分別位於母料批次管路以及每一從屬批次管路的至少一個混合單元(26)之後。
此外，分別從母料批次管路以及每一從屬批次管路排出的碳酸氫鈣溶液，可視需要被儲存及收集於儲存槽(30)，如此使得合併產物(32)然後進一步被導向薄膜過濾單元(34)。據上所述，儲存槽(30)係位於多重批次系統以及薄膜過濾單元(34)之間。
應理解的是，裝置的單一單元，亦即至少一種給料單元(6)、多重批次系統(10,12,14)以及一個薄膜過濾單元(34)以環狀相通被設置。如此較佳者，該裝置經排列，其中至少一種給料單元(6)的至少一種出口經連接至母料批次管路(10)的至少一種入口以及至少一種給料單元(6)的至少一種出口經連接至一或多種從屬批次管路(12,14)的至少一個入口。此外，母料批次管路(10)的至少一個出口經連接至薄膜過濾單元(34)的至少一個入口以及一或多種從屬批次管路(12,14)的至少一個出口經連接至薄膜過濾單元(34) 相同入口。為了提供以環狀相通，進一步要件為薄膜過濾單元(34)的至少一個出口經連接至至少一種給料單元(6)的至少一個入口供將保留於至少一種薄膜過濾單元(34)的殘留物再循環回至至少一種給料單元(6)。
視需要，如果儲存槽(30)被設置於裝置中，母料批次管路(10)的至少一種出口經連接至儲存槽(30)的至少一種入口以及一或多個從屬批次管路(12,14)的至少一種出口經連接至儲存槽(30)的相同入口。除此之外，儲存槽(30)的至少一種入口經連接至薄膜過濾單元(34)的至少一種入口。
應理解的是，薄膜過濾單元(34)經連接至至少一種給料單元(6)，使得保留在薄膜過濾單元(34)內的殘留物可經由供給(38)被循環回進入本發明裝置的至少一種給料單元(6)。
已通過薄膜過濾單元(34)的濾液亦即碳酸氫鈣溶液部分從薄膜過濾單元(34)排出。據上所述，薄膜過濾單元(34)配備出口(36)供排出碳酸鈣溶液。
圖2顯示裝置的範例性排列，其包括至少一種給料單元、多重批次系統以及至少一種薄膜過濾單元，其中薄膜過濾單元總數相應於為多重批次系統一部分的母料批次管路以及從屬批次管路總數。
該裝置包括至少一種給料單元(46)，其係連接至水供給(42)以及為固體材料儲存容器(44)形式的固體供給。該裝置進一步包括漿料供給(48)，其連接至至少一種給料單元(46)以及多重批次系統的每一個管路，亦即母料批次管路(50)、第一從屬批式管路(52)以及每一個選用的進一步從屬批式管路(54)，以及其被用於將水性碳酸鈣懸浮物注射入多重批次系統。母料批次管路以及每一個從屬批次管路分別地包括以環狀相通的氣體給料入 口(16)、至少一種混合單元(26)以及至少一種槽(28)。為了將二氧化碳導入水性碳酸鈣懸浮物，母料批次管路以及每一個從屬批次管路分別地配備氣體給料入口例如CO2入口(16)。此外，二氧化碳在水性碳酸鈣懸浮物中的溶解分地配置於母料批次管路以及每一個從屬批次管路的至少一種混合單元(26)的加速。為了在二氧化碳存在下使碳酸鈣進一步從水性碳酸鈣懸浮物溶解出以形成濃碳酸氫鈣溶液，母料批次管路以及每一個從屬批次管路分別地進一步包括至少一種槽(28)。如此較佳者，母料批次管路以及每一個從屬批次管路經分別排列，其中氣體給料入口(16)經連接至至少一種混合單元(26)的至少一個入口以及至少一種混合單元(26)的至少一個出口經連接至至少一種槽(28)的至少一個入口。此外，至少一種槽(28)的至少一個出口經連接至氣體給料入口(16)。
一項要件為，至少一部分水性碳酸氫鈣溶液可分別地從母料批次管路以及每一個從屬批次管路排出。據上所述，母料批次管路以及每一個從屬批次管路分別地經配置出口供排出至少一部分碳酸鈣溶液以及將每一碳酸鈣溶液經由供給導向不同的薄膜過濾單元(60,62,64)。該出口較佳分別地位於母料批次管路以及每一個從屬批次管路的至少一種混合單元(26)之後。
應理解的是，裝置的單一單元，亦即至少一種給料單元(46)、多重批次系統(50,52,54)以及薄膜過濾單元(60,62,64)係以環狀相通配置。如此較佳者，該裝置經排列使得至少一種給料單元(46)的至少一個出口經連接至母料批次管路(50)的至少一個入口以及至少一種給料單元(46)的至少一種出口經連接至一或多種從屬批次管路(52,54)的至少一個入口。此外， 母料批次管路(50)的至少一個出口經連接至薄膜過濾單元(60)的至少一個入口以及一或多種從屬批次管路(52,54)的至少一個出口經連接至不同的薄膜過濾單元(62,64)。為了提供環狀相通，進一步需要每一薄膜過濾單元(60,62,64)的至少一個出口經連接至至少一種給料單元(46)的至少一個入口。
應理解的是，每一薄膜過濾單元(60,62,64)經連接至至少一種給料單元(46)使得保留在每一薄膜過濾單元(60,62,64)中的殘留物可經由供給(80)循環回本發明的裝置至少一種給料單元(46)。
已通過薄膜過濾單元(60,62,64)的濾液亦即一部分碳酸氫鈣溶液可彼此獨立地從每一薄膜過濾單元(60,62,64)排出。據上所述，每一薄膜過濾單元(60,62,64)經配置出口(70,72,74)供排出碳酸鈣溶液。
實施例
以下實施例呈現使用本發明裝置製備碳酸氫鈣(即碳酸氫鈣)水性溶液的不同方式。然後將所得碳酸氫鈣溶液用於軟水的再礦化，其例如可為來自地下水或地面水源的天然軟水，來自逆滲透或蒸餾之脫鹽水，雨水。使用此本發明裝置的試驗在使用不同等級碳酸鈣作為用於製備碳酸氫鈣溶液的原材料而進行。二種CaCO3等級來自製備高於99.5wt.-%非常高純度碳酸鹽含量的大理石產品的相同採石場。起始漿料水性濃度為500毫克/升或1,000毫克/升(為CaCO3形式)。
所有試驗在室溫亦即從15至25℃的溫度之下進行。應注意的是，在每一個試驗開始時提供的RO(逆滲透)水的溫度約為室溫，亦即從15至25℃。
下表1簡述藉使用上述本發明裝置進行再礦化先導試驗期 間所使用不同等級碳酸鈣以及起始漿料濃度。
[1]本發明所使用碳酸鈣為歐米亞國際公司(Omya International AG)(瑞士)所販售。
個別微粒化碳酸鈣被倒入置於給料單元頂端的漏斗，藉由將漏斗底端連接至給料單元頂端之給料螺桿，容許粉末準確給料進入給料單元。藉由將微粒化碳酸鈣粉末混合至RO水，在給料單元中製備碳酸鈣懸浮物。使用Christ,BWT PERMAQ Pico提供的逆滲透單元當場製備RO水，且具有如下表2中簡述的平均品質。
給料單元填入RO水以及相應量微粒化碳酸鈣經程式化以及根據配置給料單元的槽內的水平開關加以設定。給料單元內碳酸鈣懸浮物內的起始固體含量為500或1,000毫克/升(為CaCO3形式)，如表1所述。藉由泵添加RO水且藉由連接至給料單元頂端的管路導入，而碳酸鈣粉末從配置於給料單元頂端的給料螺桿被加入給料單元。RO水以及微粒化碳酸鈣 二者根據先前預程式化比例給料，使給料單元內的水性碳酸鈣懸浮物為固定固體含量。
在啟動程序中，給料單元完全被填入界定起始固體含量的碳酸鈣懸浮物。然後，碳酸鈣懸浮物被泵出給料單元而入料至一或多種混合單元，每一個具有多重批次系統的100升體積。與起始碳酸鈣固體含量比較的不同的CO2化學計量比例在本發明裝置中受測試。CO2化學計量比例為的水性起始漿料CaCO3莫耳濃度的x-倍比例以及在1.7-至5-倍變化(在2巴壓力下注射CO2)。此等試驗係基於具有時間控制設定為30分鐘的批次模式進行。然後，來自數個批次的溶液包含溶解碳酸氫鈣以及一些殘留的未溶解CaCO3，然後在進一步被傳送至超過濾單元之前被泵入儲存槽。超過濾單元釋出的濾液在於最終產物亦即碳酸氫鈣溶液，以及非濾液物流亦即保留在超過濾單元內的殘留物，經再循環返回為本發明裝置一部分的給料單元。
參考試驗
參考試驗在使用如表1所述漿料1(樣本A，d 50=20μm)於起始漿料濃度500毫克/升(為CaCO3形式)下使用具有時間控制設定30分鐘的批次模式下進行，然而沒有任何過濾單元。在2巴壓力下注射CO2。
方法設定如上所述且簡述於下表3。
下表4顯示使用沒有過濾單元之本發明裝置在數批次所得水性碳酸氫鈣溶液量測之平均參數。
本發明裝置包括至少一種過濾單元的影響
本發明裝置容許在較高起始漿料濃度作業，因為以環狀相通，保留在薄膜過濾單元中的殘留物被循環回到給料單元。
漿料2(樣本A，d 50=20μm)以及漿料3(樣本B，d 50=3.5μm)二者起始漿料濃度為1,000毫克/升(CaCO3形式)被用於以下試驗，該試驗使用具有時間控制設定30分鐘之本發明裝置批次模式選項及合併過濾單元。方法設定簡述於下表5，其類似於用於上述參考試驗者。然而，起始漿料濃度以及對CaCO3濃度的相關CO2化學計量比例不同。在2巴壓力下注射CO2。
下表6顯示使用本發明裝置在數批次所得水性碳酸氫鈣溶液量測之平均參數。
概述於表6的結果顯示，藉由使用相較於參考試驗較低CO2化學計量比例，本發明裝置使達到較高導電率以及鹼度水平。除此之外，由於併入至少一種薄膜過濾單元於本發明裝置內，所得碳酸氫鈣溶液具有十分低濁度水平。此外，對二者CO2化學計量比例而言，使用更細微碳酸鈣產物於本發明裝置亦即漿料3(樣本B，d 50=3.5μm)，造成相較於更粗碳酸鈣產物較高導電率以及鹼度水平，例如漿料2(樣本A，d 50=20μm)。可進一步理解，對二者受測試漿料而言，CO2化學計量比例增加誘導所得碳酸氫鈣溶液所量測導電率以及鹼度增加。

Claims (17)

  1. 一種製備碳酸氫鈣溶液的裝置，該裝置包括以環狀相通的a)至少一種給料單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，b)多重批次系統，其包括x)母料批次管路，其具有至少一種入口以及至少一種出口，該母料批次管路包括以環狀相通i)至少一種氣體給料入口，ii)至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及iii)至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及xi)至少一種從屬批式管路，其具有至少一種入口以及至少一種出口，該至少一種從屬批式管路包括以環狀相通i)至少一種氣體給料入口，ii)至少一種混合單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及iii)至少一種槽，其具有至少一種入口以及至少一種出口，以及c)至少一種薄膜過濾單元，其具有至少一種入口以及至少一種出口。
  2. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中至少一種給料單元經連接至水供給以及固體材料儲存容器。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置，其中至少一種給料單元的至 少一種出口經連接至母料批次管路的至少一種入口以及至少一種給料單元的至少一種出口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種入口。
  4. 根據前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中母料批次管路的至少一種出口經連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口以及至少一種從屬批式管路的至少一種出口經連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口。
  5. 根據前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中至少一種薄膜過濾單元的至少一種出口經連接至至少一種給料單元的至少一種入口。
  6. 根據前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中裝置包括一種薄膜過濾單元。
  7. 根據申請專利範圍第6項之裝置，其中母料批次管路的至少一種出口以及至少一種從屬批式管路的至少一種出口係獨立地連接至薄膜過濾單元的至少一種入口。
  8. 根據申請專利範圍第1至6項中任一項之裝置，其中該裝置包括至少二種薄膜過濾單元或薄膜過濾單元總數相應於為多重批次系統一部分的母料批次管路以及從屬批次管路的總數。
  9. 根據申請專利範圍第8項之裝置，其中母料批次管路以及每一個至少一種從屬批次管路係獨立地連接至不同的薄膜過濾單元。
  10. 根據前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中母料批次管路的至少一種氣體給料入口經連接至母料批次管路的至少一種混合單元的至少一種入口及/或至少一種從屬批式管路的至少一種氣體給料入口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種混合單元的至少一種入口。
  11. 根據前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中母料批次管路的至少一種混合單元的至少一種出口經連接至母料批次管路的至少一種槽的至少一種入口及/或至少一種從屬批式管路的至少一種混合單元的至少一種出口經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種槽的至少一種入口。
  12. 根據前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中母料批次管路的至少一種槽的至少一種出口經連接至母料批次管路的至少一種氣體給料入口及/或至少一種從屬批式管路的至少一種出口的至少一種槽經連接至至少一種從屬批次管路的至少一種氣體給料入口。
  13. 根據前述申請專利範圍中任一項之裝置，其中至少一種出口係位於母料批次管路的至少一種混合單元之後以及至少一種出口係位於至少一種從屬批次管路的至少一種混合單元之後。
  14. 根據申請專利範圍第13項之裝置，其中母料批次管路的至少一種出口以及至少一種從屬批式管路的至少一種出口係獨立地連接至至少一種薄膜過濾單元的至少一種入口。
  15. 一種根據申請專利範圍第1至14項之裝置之用途，其係用於製備碳酸氫鈣溶液。
  16. 一種根據申請專利範圍第1至14項之裝置之用途，其係用於水再礦化。
  17. 根據申請專利範圍第16項之用途，其中將被再礦化水係選自飲用水、諸如游泳池用水之休閒用水、用於製程應用之工業用水、灌溉用水、或含水層或水井補注用水。
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