TWI383955B - 飲用水之提供方法和淨水之製法 - Google Patents

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Description

飲用水之提供方法和淨水之製法
本發明係關於水之處理方法和裝置，尤指提供高品質水，供消費和使用。
含有諸如鈣和鎂等硬度物類之水，在工業、商業和家居應用方面的若干用途不良。水硬度分級的典型方針是，以碳酸鈣計，每公升0至60毫克(mg/l)為軟水、61-120 mg/l為稍硬水、121-180 mg/l為硬水、180 mg/l以上為甚硬水。
硬水可藉除去硬離子物類加以軟化或淨化。除去如此物類的系統，例如包含使用離子交換床者。在此系統中，硬離子變成以離子方式結合於在離子交換樹脂表面混合的相反電荷之離子性物類。離子交換樹脂終致成為飽和以離子方式結合硬離子物類，而必須再生。再生典型上涉及把結合硬離子物類改為更具可溶離子性物類，諸如氯化鈉。結合於離子交換樹脂的硬度物類，以鈉離子取代，則離子交換樹脂又備妥供後續水軟化步驟。
其他系統已告揭知。例如Dosch在美國專利3,148,687號中教示一種洗衣機，包含水軟化配置，使用離子交換樹脂。同理，Gadini等人在國際專利申請案公告WO 00/64325號中，揭示一種用水家庭用具，有改進裝置以降低水硬度。Gadini等人教示的家庭用具，具有控制系統、外源的供水系統，和具有電化電池之軟化系統。
電脫離子化(EDI)是可用來將水軟化之過程。EDI是從液體除去可離子化物類之過程，使用電氣活性媒體和電位，以影響離子傳送。電氣活性媒體有聚集和排放可離子化物類之功用，或方便利用離子性或電子取代機制傳送離子。EDI裝置可包含具有永久性或暫時性電荷之媒體，並可操作以造 成電化反應，設計來達成或增進效能。此等裝置亦可包含電氣活性膜，諸如半透性離子交換或雙極性隔膜。
連續電脫離子化(CEDI)過程中主要篩選參數是傳送通過電氣活性媒體，而非媒體之離子性容量。典型的CEDI裝置包含輪替電活性半透陰離子和陽離子選擇膜。隔膜間之空間構成產生液流室，有進口和出口。利用外界電源通過在室壁的電極，賦予橫越DC電場。通常設有電極室，故電極的反應生成物，可從其他流動室分離。賦予電場時，液體內的離子即被吸向其個別抗衡電極。以朝向陽極的電活性陰離子透膜和朝向陰極的電活性陽離子透膜為界之相鄰室，典型上成為離子消耗，而以朝向陽極的電活性陽離子透膜和朝向陰極的電活性陰離子透膜為界之室，則典型上變成離子增濃。離子消耗室以及若干具體例中的離子增濃室內容積，亦含有電活性媒體，在CEDI裝置中，媒體可包含密切混合的陰離子和陽離子交換樹脂。離子交換媒體典型上增進室內離子傳送，並可做為基質參予控制下的電化反應。電脫離子化裝置已載於例如Giuffrida等人的美國專利4,632,745、4,925,541和5,211,823號，Ganzi的美國專利5,259,936和5,316,637號，Oren等人的美國專利5,154,809號，以及Kedem的美國專利5,240,579號，均於此列入參考。
本發明在一要旨中，提供一種水之提供方法，包括令第一水流通過電脫離子化裝置之消耗室，以生成LSI在約0以下之第二水流，令第二水流通過電脫離子化裝置之陰極室，以生成第三水流，第三水流的腐蝕性較第一水流為低，其LSI在約0以下。
在另一要旨中，本發明提供一種飲用水提供方法，令第一水流通過電化裝置之陰極室，生成第二水流，令第二水流通過電化裝置之消耗室，生成第三水流，LSI在約0以下， 第三水流的腐蝕性較第一水流為低。
在另一要旨中，本發明提供水中保留殘餘氯水準之方法，包括從第一水流除去活性氯90%以上；令水流通過電化裝置之消耗室；除去水流內溶解之一部份任何離子，把水流引進至環路，環路包含儲存容器；以及將第二水流內之活性氯，引進環路內，其流量足以在環路內維持有效平均氯濃度。
在另一要旨中，本發明提供在供水內選擇性保留離子之方法，包括令進料水通過電化裝置之消耗室，進料水包括單價和二價離子；從進料水除去至少30%二價陽離子，保留至少約80%的物類，選自氧化矽、硼和氟化物，生成處理水，並供應處理水供家庭耗用。
在另一要旨中，本發明提供淨水之製法，包括令水流通過電化裝置之消耗室，並調節施於電化裝置之電壓，控制通過電化裝置之電流，於其水準足夠除去水流內任何鈣約25%以上，而不足以從水流除去任何氟化物或氧化矽物類約10%以上。
在另一要旨中，本發明提供一種方法，包括將進料水軟化，令進料水通過離子交換材料床，從進料水除去30%以上任何硬離子，生成軟水，把軟化供應給家庭耗用，排放包括鈣之濃溶液，其中軟水的離子含量和濃溶液的離子含量合計，不超過進料水所供應總離子含量。
茲參照附圖說明本發明較佳之非限制性具體例如下。
本發明提供從各種類型來源提供淨水或處理水之方法和裝置。可能的水源包含井水、地表水、都市用水和雨水。處理過的生成物供一般用途、人員耗用或其他家用，例如洗澡、洗衣、洗碗。
通常合格飲水與高度淨水有關。然而，只要水無微生物 污染，則最佳飲水不一定是化學上最純。例如，已淨化至高電阻係數，例如高於約1百萬歐姆之水，會缺離子含量到成為「飢餓」，對可用於水管系統的銅等材料有腐蝕性。例如除去碳酸氫塩物類，會影響味道。此外，氟化物和氯化物物類可連同不良物類除去，以致水需要再加強。
若家庭是供應硬水，即含約60 ppm以上碳酸鈣之水，通常是在使用之前，通過水軟化器。典型上，水軟化器係可再充電之離子交換式，並充填鈉型陽離子樹脂，和氯化物型陰離子樹脂，當水通過樹脂床時，鈣和鎂物類等對硬度主要因素，即改成鈉。如此一來，二價陽離子(尤其是鈣和鎂離子)濃度下降，水即可軟化。然而，除去每一當量的鈣，即於處理水添加一當量鈉。因此，雖然水被軟化硬度被鈉離子取得，但有些消耗者會發現不需要。此外，當此等離子交換床以氯化鈉溶液淋洗而再充填時，所得塩水應丟棄，往往排放到污水系統，使塩水變成得以再進入地下水。在若干規章中，塩水排放到家庭污水系統，要調整或禁止。
水軟化之其他方法，包含使用逆透析裝置，可應用高純度水，但一般是以低流量進行，需用到高壓泵。此外，許多逆透析膜會因井水中常見的氧化矽等溶解物存在而受到污穢。
雖然上述例是使用電脫離子化裝置，但其他水處理技術，諸如電容性脫離子化，亦可應用。
連續性電脫離子化亦可用來從供水源除去硬度成份。然而，大部份CEDI系統需要動力、空間和保養，在家庭使用上不切實際。此外，因在離子交換樹脂存在下，氯不良，若氯化水供應需軟化，往往要從水中先除去氯。意即以此方式處理的水不能從氯化水供應的殘餘殺菌性質獲得益處。
通常，CEDI系統的設計是要盡量除去許多離子，並且像鈣和鈉等容易離子化物類，即可有效除去，故進料水中存在 的陽離子有1%以下，留在處理水內。對於許多工業和商業用途，此高度淨水有益，然而，對於有某種程度的陽離子含量才有益的家用供水而言，此類純度水準反而不利。此外，此高度淨水會有腐蝕性，易攻擊常存在於家庭水分佈系統中的銅管。有些家用水分佈系統會含有鉛熔接接頭，以及重金屬，諸如鉛，亦會瀝濾入通過管子的水中。
在某些評價中，必須有最低鈣濃度水準，以符合健康和安全規定。因此，在此等位置可加設高純度系統，從供水除去超過例如90或99%鈣。
本發生按照一或以上具體例，可利用CEDI科技生成淨水或處理水，具有家用理想水的性質，例如，裝置可將硬水或甚硬水供應加以軟化，又能保有若干鈣水準，至約60 ppm碳酸鈣以下。此外，氯會留在水中，故處理後的水若儲存任何長度的時間，還可保有至少若干殺菌品質。碳酸氫塩物類亦可保持在提供軟佳品道水的程度。氟化物亦可保有到不必另行補充氟化物。此外，諸如氧化矽、硼和其他較不易離子化物類，亦可保有在比其他CEDI方法更高之所需位準，藉保存若干此等微量材料，諸如硼和氧化矽，使處理水性質可改進勝過除去較多此等物料之水。在本發明若干具體例中，保有此等化合物至少80或90%，同時除去諸如鈣等造成硬度的化合物在25%、30%或50%以上。
此外，本發明提供對水加氫(H2)，有利於降低處理水的腐蝕性。於水加氫本身證明溶解氫可檢知之增加，或造成氧化物類濃度降低。此亦可提供所需之抗氧化劑性質。畢竟pH如果改變，一般是接近供水，因此對設計來使用大約中性pH的未軟化自來水之設備或系統，不會有致命影響。
本發明裝置雖然較CEDI或其他處理系統佔有基地小，使用能量少，仍然能供應滿足家庭需要量高峯狀況的處理水或軟水量。可連續供應軟水，不需再充填循環，會形成保存 處理水。
此外，本發明方法和裝置可提供處理水，而不增加從處理系統排放的離子負載。習知化學處理系統需要再充填例如氯化鈉，而取代從水排放的硬離子物類。意即硬離子物類和取代物類都存在於軟水或排放塩水內。如此會增加家裡排放廢水的離子負載，會造成例如妨礙地下室。然而，本發明若干具體例只會排放經由進料水進入家庭的離子性物料。此外，軟化過程結果排出的廢水總量，會遠低於習用方式軟化的水，例如在處理過水容量的10%或5%。
本發明系統之一具體例如第3圖簡略所示。第3圖表示水軟化系統10，可用於各種安裝設施，例如在家中。供應至進入點14的進料水可例如為井水，或都市供水。
在T頭24，水可進入管路26和28之任一或二者。通過管路26的水典型上是在T頭22引至管路94，並在通過壓力指示器20a和通過進口62後，進料到儲存容器12。當儲存設備下游需水時，水經出口64離去，通過壓力感測器20b，視需要源進入管路96、管路98，或二者。管路98通過壓力感測器20d和閥32a,32b，至使用點18。使用點18可與水管系統流體相連，或選擇性結合到特殊使用點，諸如用具或浴槽。
通過管路96的水，可進入管路52或管路54，或二者。在一具體例中，進水管路52是利用閥32c引至管路70和泵30a。水通過管路72和隨需要而定之預處理裝置28a，例如碳過濾器、顆粒過濾器，或通氣裝置後，水被引導至管路60，即進入電脫離子化模組100之點。經由管路60進入的水，藉通過一或以上離子消耗(消耗)室，亦可通過電極室，例如陰極室，而加以淨化。
利用接管消耗室(在處理時，產生生成水)至陰極室上游或下游，系統可經由陰極接地。此可特別有利於家庭設 定，減少對消費者的安全危害。此外，在陰極形成的氫氣體，會溶入通過的生成水內，以致生成水的腐蝕性比旁通陰極室的水為輕。生成水可加料於陰極、陽極，或二者，或自此接水。若生成水與二電極相通，系統可接管，使消耗室與電極室串聯或並聯。淨水經管路63離開電脫離子化模組100後，可利用閥32e引導至管路92和壓力閱讀裝置20c。水再進到T頭22，引導至管路94，再進入儲存容器12內。因此，儲存容器12可含有來自管路92的淨水，以及由進入點14提供的未處理或很少處理過的水。儲存容器12可構成使二水源混合，或將二水源分開，例如其中一水源進儲存容器12底部，以阻流方式向上前進到出口64。電脫離子化模組100之效能，可藉預處理包含除去氯而改進，都市處理過的供水可通過減氯過濾器，諸如碳過濾器28a或另一預處理裝置，才進入電脫離子化模組100內。
預處理裝置亦可置於環路內別處。在電脫離子化模組100內處理後進入儲存容器12內的水，可含少許或無氯(或另類消毒劑)，並在儲存容器12內保有殘氯水準，水可與來自進入點14的未處理水混合。氯化水添加流量最好足以造成混合水內含有足夠氯，以抑制細菌活性。活性氯指可顯示抗微生物活性之含氯物類。有效氯濃度在此定義為例如次氯酸鈉等活性氯化合物之濃度，以抑制儲存容器12內大腸桿菌等細菌的成長。所以，進料水和處理水在儲存容器12內之混合比，視許多因素而定，包含電脫離子化模組100、所需有效氯濃度、儲存容器12內所含水之消耗率、儲存容器12溫度、進料水之來源和品質。當然，若使用井水或未處理水的另一來源，即可忽視有效消毒劑水準之維持。
雖然水是再循環通過淨水環路，還可經管路54供水至閥32d，在此引導至管路88、泵30b、管路90、預處理單位28b和管路80，再進入電脫離子化模組100內。水可從管路80 加料到一或以上的離子增濃(增濃)室，亦可與陽極室串聯接管。陽極室可位在增濃室的上游或下游。水可藉通過陽極室而降低pH，以致水具有較低LSI。較低LSI(可降到0以下，即無結垢)降低水的結垢潛力，因此提供較低保養、較高水回收、增加壽命和更為可靠的系統。離開電脫離子化模組100的濃液，典型上進到管路82，可由閥32f引到管路84和67，一部份濃液可在此持續或間歇經由32g和排放口26排至廢水。另一部份水進到管路66，可經由管路86和閥32d再循環至電脫離子化模組100。如此，濃液可接受離子，直到達成特殊水準，例如預先選定的LSI，故可排放最低量的水，還能保持全部環路的無結垢環境。使用濃液於不需軟水的灌溉用途等，可進一步改進省水。
若使用極性逆轉系統或技術，前述環路可轉換，故淨化環路做為增濃環路操作，而增濃環路做為淨化環路操作。按照本發明一或以上具體例，若陽極和陰極的極性轉換，則增濃室和消耗室的功能亦轉換，而泵34a、預處理裝置28a、管路60和管路63，以及閥32e，各成為增濃環路之一部份。同理，泵30b、預處理裝置28b、管路80和82，以及閥32f，變成供水至儲存容器12的淨化環路一部份。因此，不但電脫離子化模組室轉換，而且相關組件，諸如預處理裝置、泵、閥、儀錶和T頭，除了閥32g以外，可能在攜帶淨水和濃水之間輪替，以致降低延長結垢的機會，增加已形成任何污垢溶解的機會。此證明減少在閥、細孔、過濾器或T頭等組件結垢之特殊優點。逆轉極性循環是根據許多因素，包含時間、源水品質、溫度、淨水品質、所需水質和水使用流量而定。
除提供儲存容器12內有效水準的氯以外，可操作系統以維持碳酸氫塩、氟化物、氧化矽和硼等其他成份的位準。電脫離子化模組100可含有離子交換物料，並可在設計來把若 干或全部此等物類除去減到最少的電流和流量操作。此外，水中存在的若干鈣、鎂、鐵、錳或其硬度成份，可以保留以提供含例如約200、300、400或500 ppm硬度的淨水。此造成水的腐蝕性較已降到較低硬度水準為低，而美感品質較佳。在單次通過電脫離子化裝置，除去例如約20、30、40、50或60%二價陽離子，則裝置所需動力較設計來憑單次通過就能從水中更完全除去二價陽離子之裝置為少，所需安置地基亦較省。
按照又一具體例，本發明系統和技術可包括副系統之後處理系統，能夠毀滅可能輸送至使用點的任何細菌，或使其失活。例如，後處理系統可包括裝置或設施，可以光化輻射照射處理水或淨水，或暴露於臭氧，或利用超濾和/或微濾以除去任何細菌。
LSI指Langelier飽和指數，LSI可能無法指示會發生多少結垢，但可提供資訊，是否水會沉積污垢(LSI>0)、溶解鈣沉積(LSI<0)或與鈣沉積(LSI=0)平衡。典型上，LSI等於為了把水帶到平衡狀況所需pH變化。例如，顯示LSI約1.0的水，藉水的pH降低1.0 pH單位而調到平衡。計算LSI可按照ASTM-3739進行。
按照本發明一或以上具體例，提供方法以降低任何pH上升，同時又降低水用途。水可通過陰極室，並通過一或以上的離子消耗室，而通常只單獨專用於陰極室的水，兼有生成水以及陰極室用電解質之功用。水可先給至一或以上，或全部離子消耗室，再至陰極室，然後才用做生成水。另外，進料水可先通過陰極室，再通過一或以上離子消耗室，然後到使用點。如此，通過陰極室的部份或全部水，可用做生成水，以致節省用水。在如此配置中，陰極室可與一或以上離子消耗室流體相連，亦可提供水系統通過陰極有效進入地下，因而得較高水準的安全和服務性，係例如家用水系統等 特殊安裝設施較佳者。
水可以從陰極室進入時間到出口時間增加pH低於約2 pH單位的流量，供至陰極室。在其他具體例中，pH增加可限於約1、0.5、0.2、0.1或更少之pH單位。減少pH增加的任何技術均可用。控制陰極電解質內pH增加之一方式是，提高通過陰極室之流體流量。將通過陰極室的水流和通過模組內消耗室之一的水流相較，流量比約1：2、1：5、1：10、1：50或以上可使水展示較佳LSI。
例如，若通過一離子消耗室的流量為每小時約40公升，通過陰極室之流量為每小時約400公升，則通過離子消耗室的流量和通過陰極室的流量間之比約1：10。若通過模組內全部離子消耗室的水，亦引導通過陰極室，則陰極室與個別離子消耗室間之流量比(假設通過各室的流量相等)，等於模組內之離子消耗室數。例如，在含25個離子消耗室之模組內，若通過離子消耗室的水全部亦通過陰極室，設通過各離子消耗室的流量相同，則通過任一離子消耗室的水相對於陰極室的流量比約1：25。
使用生成水為陰極電解質，會出現反直覺，有若干理由，包含例如陰極室內生成水的電阻係數較高，陰極室典型上是以低電阻係數的水效能較佳。然而，生成水可為夠低的電阻係數，例如在約1百萬歐姆以下，使通過陰極室的導電係數不變到模組效能大降的程度。此外，在生成水通過陰極室時添加溶解氫氣，可提供較低腐蝕性的水，同時不會增加LSI。此水亦對健康有益，是因例如抗氧化物活性的結果，用此生成的水對銅或含銅成份的腐蝕性，較原自來水或以習知手段軟化的水為低。
通過陰極室的流量，可設定或調節到足以使污垢形成減到最低。通過陰極室的流量，按通過模組每安培電流每分鐘以約5公升水以上為佳。通過陰極室的流量，以通過模組所 施每安培每分鐘水大於或等於12公升更好。典型上在陰極室內發生的pH上升，特別是以通過室的電流為函數，也會因應電流上升，增加通過室的流量而減緩。
習知CEDI模組常在離子增濃室內遭到結垢，可能因LSI增加，即水中鈣濃度增加的結果。
在另一具體例中，離子增濃室內的結垢，可因降低通過增濃室的水LSI而減少。達成此項減少之一法是，使用至少一部份濃液流，做為陽極電解質。如此，因鈣和其他溶解離子性成份的濃度較高造成LSI上升，可藉降低LSI的pH成份而加以平衡。此可令濃液通過陽極室為之。例如，水可先通過CEDI內一或以上的增濃室，再引導通過陽極室，做為陽極電解質。水即可排放至廢液，或再循環通過系統，以累積更高濃度的溶解物類，因而減少或保存必須排放的水量。因此，可以採取「環路」，包含至少一增濃室和至少一陽極室。一部份水可經常或間歇從如此增濃室/陽極室環路流出或排出，以防鈣或其他離子性成份到可能造成結垢的程度。另外，此離子強化水除通到廢液外，亦可改用到不需處理水之用途，例如灌溉和其他習知非純水使用。
水可先通過陽極室或先通過一或以上之離子增濃室，例如，若需最低pH水，則流體在陽極室內之滯留時間，可因例如與少數或只有一離子增濃室流體相通而增加。另外，若全部離子增濃室與陽極室相通，則各液流都該供應流體，而通過陽極室的流量會增加，以致pH下降較少。
水可先通過陽極室，再通過一或以上離子增濃室，或另外，水可先通過一或以上離子增濃室，再經陽極室。為預防在離子增濃室內的結垢，宜先把流體進料到陽極室，再至離子增濃室。如此，進料pH可在引進到離子增濃室之前降低(一如LSI)。若通過陽極室和離子增濃室的水為再循環環路之一部份，則水先通過陽極室即較不重要，因為再循環環路 (其一部份典型上業已通過陽極室)，可前後一貫提供降低pH的水，給一或全部離子增濃室，不拘新進料引進到二室之順序。
在本發明另一具體例中，模組的至少一離子消耗室與陰極室相通，而模組的至少一離子增濃室與陽極室相通。在本發明又一具體例中，陽極/增濃室造型可與陰極/消耗室造型相似或一致，故模組所施電力極性變換時，在極性逆轉一旦完成後，二流也有相對應置換功能。如此可提供極性逆轉系統，較CEDI極性逆轉系統所需閥數為少。因此，雖然因為其他設計改變而降低LSI，可取消極性逆轉之需要，但如需要極性逆轉，環路功能可變換成配合極性變化。
二環路的個別構成，即可輪流作為陽極環路和消耗/陰極環路，則整個環路及其相關組件，即不需連續暴露於較高LSI流體，即各環路可構造成具有組件，以提供功能性對稱程度，讓各環路可進行輪流增濃和消耗任務。
按照本發明另一具體例，水處理系統(更好是諸如第3圖所示CEDI為基礎之系統)提供到使用點，使處理水可以連續方式生成供家庭耗用，不需再生。當習知水處理裝置，諸如可再充填之軟化器，需要再生時，處理水的供應可以中斷。然而，本發明可以不間斷供應軟水。此外，系統可由受過傳統水處理系統安裝和保養的技工，加以安裝和服務。
第1圖表示本發明之一具體例。斷面所示模組100，表示一組並列交替的離子消耗和離子增濃室，以及在模組兩端之相關陰極和陽極室。來自家庭源的水，例如井水或都市用水，無論是通過顆粒和/或碳過濾器之處理，利用一或以上之管路，諸如管路116，加料到系統。水從管路116加料通過離子消耗室140a,140b,140c。水從管路118加料到離子增濃室130a,130b,130c。消耗室和增濃室典型上充填電活性物料或離子交換物料，諸如離子交換樹脂(可為結合或未結合型) 或纖維，各室以陰離子透膜和陽離子透膜為界，雖然在其他具體例中，室可以二類似型膜為界。俟通過離子消耗室140a,140b,140c後，一部份(例如30%)的水中TDS，尤其是一部份離子，諸如鈣和鎂，典型上從離子消耗室通過相鄰離子透膜，進入相鄰離子增濃室。水再通過各離子消耗室底，進入管路160，從而加料到含陰極122之陰極室120。陰極120含離子交換物料與否均可，在水通過室內時，雖然電過模組，典型上水的pH上升，氫氣典型上以ppm量溶入水內。水經由管路180離開陰極室後，水可加入再循環環路，與貯槽相通，亦可直接加料至使用點。
經由管路118進入模組的水，通過增濃室130a,130b,130c，是以離子半透膜，諸如陰離子透膜和陽離子透膜為界。離子增濃室可裝電活性媒體，或離子交換材料，諸如離子交換樹脂或纖維。水通過離子增濃室，即以從相鄰離子消耗室接受的離子性材料強化。如今所含TDS較進室時為高的水，經管路150離室，進入含陽極112的陽極室110，充填離子交換物料與否均可。水通過陽極室110時，水的pH可降低，因而減少增濃流體之LSI。水再經由管路170出去，全部或一部份水會流至廢液，或間歇排放至廢液。水亦可進入環路，連續再循環至進料到增濃室130a,130b,130c。以此方式，水可保存，而流出足夠高濃液，使鈣、鎂，和其他離子性物類，不會累積到諸如因結垢或堵塞模組斷面或管路、過濾器和閥，至降低效率的程度。以此方式，鈣和其造成硬度的物類，即可從水除去，同時將必須從系統除去的濃液量減到最少。例如，低於約15、10或甚至5%容量的處理水，可排放至廢液。此外，從系統除去的濃液可用於非軟化應用方面，諸如灌溉或不會因硬度水準而受到不良影響的其他用途。添加高度鈣以提升或緩衝pH，有益於若干用途，即pH靈敏性者，諸如庭院維護。
第2圖所示另一具體例，表示模組200斷面圖。水從包含貯槽的儲存環路一部份之原水、處理水或過濾水供應，進入模組，通過加料於陰極室的管路218，或加料於陽極室210之管路216。陰極室220包含陰極板222，而陽極室210包含陽極板212。系統內的隔體和電極，利用穿過末端段214和224的連接器保持在一起。通過陽極室210的水，經管路260離開室，pH較進入室時為低。此水之pH可由若干因素控制，包含水通過室的流量，以及通過模組的電流幅度。例如，電流愈大，流量愈低，則pH降低愈甚。水從管路260通過增濃室230a,230b,230c。此等室可含離子交換物料，諸如離子交換樹脂或纖維，並以可透過陰離子、陽離子，或二者之半透膜為界。水通過室230a,230b,230c時，典型上會增加離子濃度，由於離子物料從相鄰離子消耗室240a,240b,240c傳送之故。離開離子增濃室後，水引導至管路270，一部份或全部水可連續或間歇引導至廢液。管路270亦為再循環環路之一部份，用來把水加料回到管路216和陽極室210，故水在排放到廢液之前，更加增濃。成為廢液所損失的水量，由進口216添加進料水補充。
經管路218進入的水，引導至含陰極222的陰極室220。水從陰極室頂部通到陰極室底部，而離室時的pH較進室時為高。離室時溶解氫濃度亦較進陰極室時為高。離陰極室和進管路250後，水可引導至離子消耗室240a,240b,240c。此等室可含離子交換物料，例如離子交換樹脂或纖維。消耗室內所含離子交換物料可為陰離子交換物料、陽離子交換物料和/或混合離子交換物料。離子消耗室宜含混合離子交換樹脂，一如相鄰增濃室，讓室因逆轉極性而改變功能。俟通過離子消耗室後，離室水比進室時呈更為淨化狀態，例如含原離子濃度(尤其是硬離子濃度)約20、40、60或80%以下。水再引導至管路280，因此送到使用點，或進入環路和 儲存系統，在此與另外來源的水混合，一次或多次再循環通過模組。如此，藉除去水內所含離子物料較低百分比，例如約10、20或40%，以同樣除去率通過系統多次後，水即大為更加淨化。例如，視處理水以來源水稀釋的比率(視使用率而定)，每通過一次減少水中硬離子物類約40%的模組，會使淨水只含有來源水本身硬度的20%。如此，由較小模組在低流量和低電流狀況操作，提供處理水。例如，以濃度基礎言，硬度濃度達約1800 ppm或以上的進料水，可利用再循環環路系統，降到約600 ppm或更少。
模組亦可以逆轉極性模式操作。二電極的極性一旦逆轉，含陽極室和增濃室的環路，可變換成含陽極和稀釋室的環路功能。如此，室220成為陽極室，室210成為陰極室。同理，室240a,240b,240c變成離子增濃室，而室230a,230b,230c變成離子消耗稀釋室。令電極室與系列離子交換室關聯，即可減少極性逆轉時作動所需閥數。例如在第2圖所示模組內，管路270和管路280的功能，只要切換二閥即可改變。此與含較多單獨閥組件之系統相反。例如，若陽極室、陰極室、離子消耗室和離子增濃室，分別接管路，則電極極性逆轉時，則需額外閥以相對應改變各室功能，此項額外裝閥會導致增加成本和保養的要求。
按照本發明又進一步具體例、系統和技術，包括提供系統和方法，令至少一部份潮濕組件輸送或暴露於鹵素、鹵素給予體等消毒劑，和/或過氧化合物等氧化化合物，而將處理系統之任何潮濕組件消毒。
實施例
以CEDI系統處理過的水，所含TDS、pH和LSI比未處理、CEDI處理水為低，經測試決定生成水的腐蝕性情況。結果對於CEDI處理水之用於含銅管之系統，諸如許多住家水系統特別重要。尤其是按照本發明一具體例處理的水，與未 處理水、CEDI處理水，和以習知軟化系統處理的水，並行測試銅腐蝕率。對1"直徑×2"長的銅管，當做試料，進行腐蝕或瀝濾測試。樣品包含CEDI處理水(2種組態)，做為競爭水，以2種對照的未處理水和軟水做為對照。
未處理水(HARD)是來自美國伊利諾州北溪市的井水，TDS水準約490 ppm，硬度約1 8 gpg，pH約7.8。未處理水的LSI在0.8至1.0範圍。按習知方式，此井水以9"軟化器，含美國伊利諾州北溪市Culligan公司產品的1立方呎標準CULLEX® 樹脂處理，而得軟水(SOFT)。在實驗1中，用不含線上貯槽的系統，生成CEDI水。實驗2是在第3圖所示CEDI系統的線上貯槽出口，得CEDI處理水(PRODUCT)。因此，實驗2包含令CEDI生成水通過消耗水，再通過CEDI模組之陰極室。
試料是由1吋直徑銅管裁成2吋長的試片，修整除去所有毛邊而成。試料在丙酮內，接著以RO水淋洗，由裁切操作除去任何油脂和金屬屑。各試料在150毫升2N HCl溶液內清洗1分鐘，並在中性溶液內被錯合隔離(sequestered)。然後，在RO水內再度淋洗、拭淨，於乾燥器內存放過夜。總共製備12個試料，供實驗2之用。
各類水並行放入五個500毫升燒杯內。各樣品水以類似方式定期取樣。樣品測試如下：
實驗1
首次實驗的樣品較實驗2為少，在停滯條件下進行腐蝕分析。從系統取生成水樣品，在第1、4、12天進行分析。水在低流量CEDI系統內處理，無連線貯槽。水在以下條件通過消耗室一次(不通過陰極)：
．25電池對-低流量小堆，連續任務，一次通過操作。
．室尺寸：7.5吋×1.2吋寬。
．樹脂裝填：60% IRA-458陰離子樹脂，40% SF-120 陽離子樹脂。
．濃液再循環和生成物排放流量：~11/min。
．廢液/排除連續排放流量：~500 ml/min。
．電極連續流量：每一電極~300 ml/min。新進料水送到電極室。
．應用電壓：36V或1.45V/電池。
．進料導電係數：740 μS。
．一次操作獲得生成物。
實驗1的腐蝕結列於第5和7圖，與原水、習用軟水，和CEDI系統生成的水，已如上述。
實驗2
A.使用停滯水做為對照，無試料。不含試料的停滯水樣品，在第1、5、12天分析，一如樣品C、D、E(詳後)。
B.三種水(更換)各置於分開燒杯，定期換水，使浸沒試料與新鮮水接觸。用來觀察新鮮水對瀝濾的效應。每次換水，就把交換水分析。此等樣品中的水在第1、5、9和12天更換。
C.在正同一天，把試料浸入各三種水(停滯)中。一天後，把水送往分析。
D.五天後，把試料浸入各三種水(停滯)中，停滯五天後，水送去分析。
E. 12天後，把試料浸入各三種水(停滯)中，停滯12天後，水送去分析。
實驗2是以使用連線貯槽和生成物通過陰極技術的CEDI系統，在以下條件進行：
．25電池對-生成物通過陰極堆，有連線貯槽/桶系統。
．室尺寸：7.5吋×1.2吋寬。
．樹脂充填：60% IRA-458陰離子樹脂，40% SF-120 陽離子樹脂。
．濃液再循環和生成物再循環流量：~1.41/min。
．廢液/排除沖洗(定期沖洗)流量：~200 ml/min。
．生成水通過陰極，濃液再循環流過陽極。
．應用電壓：51V或2.04V/電池。
．進料導電係數：740 μS。
．在約220微西門子的設定點，從桶收集生成水樣品。
實驗2的資料列於第8圖。由CEDI系統處理的水(PRODUCT)、習知處理過軟水(SOFT)和處理過硬水(HARD)，比較其銅濃度、pH、LSI和鹼度，列於下表1至表4。
TDS水準：CDI處理水-約135 ppm，軟水-約480 ppm，硬水-約490 ppm。
第4圖以曲線方式表示實驗2在停滯狀況下的結果。第4和5圖以曲線方式表示CEDI處理水的腐蝕性，較進料水和習知軟水為低。
第6圖以曲線方式表示實驗2在水樣品間歇改變時的結果。本發明CEDI生成水也是腐蝕性一貫較進料水和習知軟水為低。第7圖表示實驗1所用電流和生成水之導電係數，並顯示超越實驗1所能達成的改進水質(第7圖)。
結果顯示在所有實驗中和在所有狀況下瀝濾的銅濃度，是CEDI處理樣品中最低者。CEDI水的pH值較習用軟水和 硬水為低。一如預期，習知軟水和CEDI處理水樣品中的pH、鹼度和LSI值，隨滯留而上升。未處理水的LSI和鹼度值隨停滯而降低。所瀝濾銅的濃度隨停滯而上升，惟所瀝濾銅水準在5天後穩定的CEDI處理水樣品除外，如第4圖所示。
因此，使用第3圖裝置處理的水(生成物通過陰極)，造成銅瀝濾降低，儘管pH、(負)LSI和鹼度，均較硬進料水或習知軟化水為低。此外，實驗2的CEDI水導電係數，較實驗1者大降(更純)，而且一如較高導電係數水者，無腐蝕性。意即實驗2的方法和裝置可特別適用於銅管或其他材料的腐蝕性受到關心的供水系統。在此所定義，經上述一項或多項測試程序，水若顯示銅濃度較低，即被視為較無腐蝕性。所以，本發明生成水的腐蝕性會比進料水或習知軟水為低。
凡精於此道之士輕易可知，在此所述所有參數和造型只是舉例說明，實際參數和造型均視使用本發明系統和方法之特殊應用而定。凡精於此道之士均知，或使用不過例行實驗即可確定，對上述特殊具體例有許多等效物。例如，凡精於此道之士均知，本發明系統和組件，可又包括系統或系統組件之網路，諸如家用或住宅管理系統。此外，本發明系統和技術係就電脫離子化裝置而說明，但其他電化裝置或系統，可利用做處理裝置，以降低待處理流體內任何不良物類之濃度或至少部份除去。其他適當電化可包含電透析裝置和電容性脫離子化裝置。所以，須知前述具體例僅供舉例說明，而在所附申請專利範圍及其等效範圍內，本發明可以特定所述以外方式實施。本發明係針對各單項特點、系統或方法。此外，二項或多項如此特點、系統或方法之任何組合，只要該特點、系統或方法彼此無不合，都包含在本發明範圍內。
10‧‧‧水軟化系統
12‧‧‧儲存容器
14‧‧‧進入點
18‧‧‧使用點
20a‧‧‧壓力指示器
20b‧‧‧壓力感測器
20c‧‧‧壓力閱讀裝置
20d‧‧‧壓力感測器
22,24‧‧‧T頭
28a,28b‧‧‧預處理單位
30a,30b‧‧‧泵
32a-32g‧‧‧閥
22,24,26,27,28,52,54,60,63,65,66,67,68,70,72,80,82,84,86,88,90,92,94,96,98,116,118,150,160,170,180,216,218,250,260,270,280‧‧‧管路
62‧‧‧進口
64‧‧‧出口
100,200‧‧‧電脫離子化模組
112,212‧‧‧陽極
110,210‧‧‧陽極室
122,222‧‧‧陰極
140a,140b,140c,240a,240b,240c‧‧‧離子消耗室
120,220‧‧‧陰極室
214,224‧‧‧末端段
130a,130b,130c,230a,230b,230c‧‧‧離子增濃室
第1圖為本發明之一或以上具體例電化裝置或模組之簡圖；第2圖為本發明之一或以上具體例另一電化模組之簡圖；第3圖為本發明之一或以上具體例系統之簡圖；第4圖為利用三種不同水樣品萃取銅之曲線圖；第5圖為暴露於三種不同水中各種不同長度水後，從銅試料萃取的銅曲線圖；第6圖為暴露於以各種距換水的三種不同水中之後，從銅試料萃取的銅量曲線圖；第7圖為本發明一或以上具體例所生成水導電係數和所施電流之曲線圖；第8圖為本發明一或以上具體例取自堆或取自桶的導電係數，以及操作時所施電流之曲線圖。
10‧‧‧水軟化系統
12‧‧‧儲存容器
14‧‧‧進入點
18‧‧‧使用點
20a‧‧‧壓力指示器
20b‧‧‧壓力感測器
20c‧‧‧壓力閱讀裝置
20d‧‧‧壓力感測器
22,24‧‧‧T頭
28a,28b‧‧‧預處理單位
30a,30b‧‧‧泵
32a-32g‧‧‧閥
62‧‧‧進口
64‧‧‧出口
22,24,26,27,28,52,54,60,63,65,66,67,68,70,72,80,82,84,86,88,90,92,94,96,98‧‧‧管路
100‧‧‧電脫離子化模組

Claims (22)

  1. 一種水處理方法，包括：把待處理水提供進入儲存容器；令第一水流從儲存容器，通過電脫離子化裝置之消耗室；施以電流通過電脫離子化裝置，生成來自消耗室而Langelier飽和指數(LSI)在約0以下之第二水流；令第二水流通過電脫離子化裝置之陰極室，生成處理過之水流；把至少一部份處理過之水流，引進入儲存容器者。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉降低水流中的氧化性物類濃度，而使處理過之水流腐蝕性較低者。
  3. 一種飲用水之提供方法，包括：提供待處理水；把待處理水第一部份引進入儲存容器；令包括待處理水第二部份之第一水流，通過電脫離子化裝置之陰極室，生成第二水流；令第三水流循環通過增濃室，並通過電脫離子化裝置之陽極室；在電脫離子化室裝置之消耗室內處理第二水流，生成Langelier飽和指數(LSI)在約0以下之處理過飲用水；把處理過引用水引進入儲存容器內者。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中藉降低水流內氧化性物類之濃度，使水流腐蝕性較低者。
  5. 一種保持水中殘餘氯水準之方法，包括：從第一水流除去活性氯90%以上；令水流通過電化裝置之消耗室；除去溶入水流內任何離子之一部份；把水流引進到環路，環路包含儲存容器；以及 把第二水流內之活性氯，以足以維持環路內有效平均氯濃度的流量，引進到環路內者。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中有效氯濃度，比第一水流內的氯濃度大25%者。
  7. 一種在供水內選擇性保持離子之方法，包括：令進料水通過電化裝置之消耗室，進料水包括單價和二價離子；從進料水除去至少30%二價離子，並保持選自氧化矽、硼和氟化物等物類至少約80%，以生成處理水；以及把處理水提供家庭耗用者。
  8. 一種淨水之生成方法，包括：令水流通過電化裝置之消耗室；以及調節對電化裝置所施電壓，以控制通過電化裝置的電流於一水準，足以除去水流內任何硬離子約25%以上，而不足以從水流除去任何氟化物或氧化矽物類約10%以上之水準者。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中除去任何氟化物物類在10%以下者。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中除去任何氧化矽物類在10%以下者。
  11. 如申請專利範圍第8項之方法，又包括令淨水第二次通過消耗室者。
  12. 如申請專利範圍第8項之方法，其中電化裝置包括電脫離子化裝置者。
  13. 如申請專利範圍第8項之方法，其中電化裝置包括電透析裝置者。
  14. 一種方法，包括：令進料水通過離子交換物料床，從進料水除去任何硬離子30%以上，生成軟水；把軟水供家庭耗用；以及 排放包括鈣之濃液，其中軟水的離子含量和濃液的離子含量之和，不超過進料水所供應總離子含量者。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中軟水腐蝕性較進料水為低者。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，又包括施以電流跨越離子交換物料床者。
  17. 如申請專利範圍第1項之方法，又包括把儲存容器之至少一部份水，供應給家庭耗用於沐浴、洗衣和洗碗盤者。
  18. 如申請專利範圍第1項之方法，又包括令濃液循環通過電脫離子化裝置之增濃室和陽極室者。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，又包括把循環通過增濃室和陽極室的濃液之一部份排放廢棄者。
  20. 如申請專利範圍第1項之方法，其中消耗室之水全部通過陰極室者。
  21. 如申請專利範圍第3項之方法，又包括把貯槽之至少一部分水，供應給家庭耗用者。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，又包括在供應水給家庭耗用之前，以光化射線輻射，超濾作用和微濾作用至少其一方式，對貯槽之至少一部份水，進行後處理者。
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