TWI510439B - 飲用水供應方法及系統 - Google Patents

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Description

飲用水供應方法及系統
本申請案主張2006年6月22日申請之美國臨時專利申請案第60/805,512號之優先權，其標題為"ELECTRODIALYSIS FOR DESALINATION OF SEAWATER AND BRACKISH WATER FOR AGRICULTURAL USE"及2006年6月13日申請之美國臨時專利申請案第60/804,610號之優先權，其標題為"ELECTRODIALYSIS AND FILTRATION FOR AGRICULTURAL WATER PRODUCTION"，兩案之全文以引用的方式倂入本文中以供參考。
本發明係關於提供農作物灌溉水以及飲用水之系統和方法，更特別，係關於自具有不合格之溶解固體粒子含量之水，提供灌溉水及/或飲用水之系統和方法。
去鹽或淡化係述及舉例而言，自水中移除鹽之水處理方法。某些情況中，水源是含鹽或海水而其去鹽技術供應至少一部分之都市預期的飲用水。淡化技術一般包括基於蒸餾之技術以及逆滲透技術。亦可將去鹽之水消費在商業和工業應用方面，舉例而言，作為程序進料水、鍋爐給水和灌溉水。可利用去鹽水之工業的特別實例包括藥物、採礦、紙和紙漿、及農業產業。
本發明的一些態樣提供包括用於產生飲用水之系統之一或數實施例。該系統可包括欲處理之水源、壓力驅動之分離裝置具有流動地連接至欲處理之水源之進口、廢水出口、已處理之水出口、及電驅動之分離裝置具有產物水出口及流動地連接至至少一個的欲處理水源之進口及廢水出口，以及一混合器具有飲用水出口及流動地連接至已處理之水出口和至產物水出口之進口。
本發明的另外態樣提供包括用於產生飲用水之方法之一或數實施例。該方法可包括：提供欲處理之水；在電驅動之分離裝置中，處理一部分的欲處理之水而產生第一處理水；在壓力驅動之分離裝置中，處理一部分的欲處理之水而產生第二處理水；及混合第一處理水和第二處理水而產生具有所預期之TDS含量之飲用水。
在其應用方面，本發明不限於下列敘述中所揭示或圖式中所舉例說明之構件的構造和配置細節。本發明能具體化及能被實施，或以超出本文中例示所陳述者以外之不同方式予以進行。
本發明的一或數個態樣可包括用於提供適合於農業設施之水的系統和技術。本發明的其他態樣可提供飲用水或適合於人類使用或消耗之水以及適合家畜和家禽之水。本發明的某些系統和技術可轉化或在其他狀況下致使非飲用水適合於農業、家畜、家禽、及/或人類消耗。本發明的更另外態樣可包括系統和技術，其自欲處理之流體中，優先地或選擇地移除某些物種超過其他物種而產生具有一或數種預期特性之產物。與非選擇性技術成對比，本發明的某些選擇性移除態樣，由於避免或減少附加之後處理程序，例如摻合，可能更具成本效益。因此，本發明的系統和技術經濟地提供更適合於預定目的使用之處理水。
本發明的某些實施例中，將某些型式的物種保留在已處理流中，同時將其他型式的物種優先地移除。可將生成之產物流體利用於各種應用中及/或在其他情況，符合一或數個目標。本發明的其他態樣可包括系統和技術其提供具有特製之一或數種性質或特性之水以符合特別目的。因此，本發明的某些一或數種實施例可包括系統和技術其提供具有一或數種特質之一或數種特質之水流或液體，此特質係基於使用點或利用該水流或液體在其中之設施的一或數個參數予以調整。
本發明的甚至另外態樣可包括系統和技術其經濟地提供農業、工業、商業和住宅之用水。此外，本發明的某些特別態樣可包括提供水來供給複數之預期或各種程度的純度或品質。因此，在某些實施例中，本發明的系統和技術可提供一或數種水流或液體在混合使用設施中。本發明的特別有利態樣可包括自具有高固體含量之水源提供複數的水流或液體，各水流或液體可能具有不同之水品質程度至複數的使用點，各使用點可具有不同之預期。本發明的此等態樣可提供系統和技術，舉例而言，其處理非飲用水來致使它可飲用及/或適合於灌溉、適合家畜及/或家禽消耗及適合人類消耗或使用。
本發明的某些態樣中，可處理具有被溶入其中之高含量的一或數種不良物種之水來移除或至少減少此等物種的濃度至合格程度。一或數種不良物種可能是任何物種其致使未經處理之水不適合於特定應用。舉例而言，該水可能含有高含量或非期望濃度的單價陽離子及/或陰離子其不利地或非期望地阻礙水在土壤中的保留或其他物種的吸附，舉例而言，包括二價或甚至多價物種。如果預期是和農作物灌溉有關係，可厭的狀況或特性可能包括含有一或數物種之水，其影響被灌溉之土壤的透過性及/或滲濾性質。舉例而言，本發明的某些態樣可包括致使或處理水來相較於非單價物種優先移除單價物種。
依照一或數個特別態樣，本發明可包括與系統及/或方法有關之實施例，包括提供或導引欲處理之水入電驅動之分離裝置中。本發明的某些實施例可包括灌溉系統其包括流動地連接或至少可連接至一或數個欲處理之水源的電驅動之分離裝置及至少一個灌溉水分配系統。
本發明的某些態樣中，其某些實施例可包括提供飲用水之方法。顯著地，本發明的某些態樣不須熱驅動之分離技術或單元操作就可提供灌溉水及/或飲用水。舉例而言，本發明的某些實施例中，該方法可包括提供欲處理之水及在電驅動之分離裝置中處理至少一部分的該欲處理之水而產生第一處理水的一或數個動作或步驟。該方法可另外包括在一或數個壓力驅動之分離裝置中處理一部分的欲處理之水，一般是分離部分而產生第二處理水的一或數個動作。某些情況中，該方法可進一步包括混第一處理水和第二處理水而產生飲用水之步驟。該飲用水一般具有目標或所預期之總溶解固體(TDS)含量。
與提供飲用水之系統有關之本發明的態樣可包括欲處理之水源，壓力驅動之分離裝置具有一個進口，其流動地連接，或至少可連接至欲處理之水源。壓力驅動之裝置亦可具有一或數個出口，一般至少一個產物出口作為已處理水出口。該壓力驅動之裝置一般亦具有至少一個廢水出口作為含有自已處理之水所移除之一或數物種，一般是非期望的物種之液流出口。用於提供飲用水之系統可進一步包括一或數個電驅動之分離裝置，可將它流動地連接，或可連接至欲處理之水源，至壓力驅動之分離裝置，或連接至兩者。舉例而言，如下文中更詳細敘述，可將一或數個電驅動之分離裝置流動地連接至電驅動之分離裝置的廢水出口。依照本發明之特別實施例，用於產生飲用水之系統可另外包括一或數個混合器具有流動地連接至，或可連接至壓力驅動之裝置的處理水出口之一或數個進口及電驅動之分離裝置的產物水出口。該混合器可包括任何混合之單元操作其促進一或數產物流之至少部分地摻合或聯合，某些情況中，包括來自欲處理之水源的水流，而形成具有一或數個預期特性之最後產物流。
欲處理之水可包括海水、含鹽分之水、及/或含高濃度的溶解固體粒子或鹽類之水。其他欲處理之水源可包括因為滲濾及/或毐性原因而可能不適合使用於農業設施中之水。
於適當之情況，本發明的系統和技術可包括預處理子系統來促進與一或數個操作原理。可利用一或數個預處理和後處理單元操作在本發明的一或數個實施例中。舉例而言，本發明的系統和技術可包括預處理子系統，其中包括一個或複數的過濾器其能分離或移除至少一部分的欲處理之水中任何懸浮之固體粒子。此種預處理子系統一般移除可能損害本發明系統的任何下游單元操作的顆粒物質。其他預處理單元操作，舉例而言包括微過濾器以及以沈積為基礎之系統其可移除1微米或更大之懸浮固體粒子。
可利用另外預處理操作來改良本發明的一或數個單元操作之有效性。舉例而言，預處理子系統可包括冷卻器或加熱器，其各自冷卻或加熱在分離操作之前，欲處理之水可實施冷卻原進料流，或任何中間程序流，舉例而言，來促進可來自欲處理之流之非期望物種之輸送，或阻止預期物種的輸送。同樣地，可實施加熱來昇高原進料流的溫度，或一或數種中間程序流的溫度至所預期之溫度，舉例而言，其促進一或數個分離裝置的經濟或有效操作。加熱程序的非限制實施例可包括加熱器、爐或熱交換器其可與本發明的方法或系統聯合或是本發明的方法或系統之單元操作。舉例而言，加熱可通過發電廠的熱交換器來提供，其不一定與本發明的處理系統聯合。
後處理單元操作可能淨化、移除或降低已處理水中之一或數種物種之濃度。舉例而言，可利用一或數個離子交換柱來移除電驅動之分離裝置及/或壓力驅動之分離裝置中未能立即移除之物種。後處理操作中，一般可能被移除或至少降低其濃度較佳至無毐性及/或無害程度之物種的非限制實施例包括可影響土壤聚集、水滲濾及/或對於植物生長可能有毐之那些化學物種，例如鋁、砷、鈹、鎘、鈷、鉻、銅、鐵、氟、鋰、錳、鉬、鎳、鉛、硒、錫、鈦、鎢、釩、硼和鋅。經由一或數個後處理操作可能面對之其他物種包括飲用中對於人類、家禽及/或家畜有毐或不良之那些物種，例如，但不限於硝酸鹽、亞硝酸鹽、和釩及硫化物。亦可實施消毐程序來至少部分地惰化或降低可能對於人類及/或家畜不良之形成菌落之微生物的濃度。
或者，或與一或數個淨化單元操作聯合，本發明的系統和技術可包括添加一或數種物種至至少一部分的已處理水中。舉例而言，可添加石膏來調整一或數種預期之物種的濃度或調整水的特性。當使用水用於灌溉時，其他添加劑可包括促進農作物生長之肥料或其他補充物。
電驅動之裝置一般利用電位場來創造誘導一或數個物種，一般是目標物種之動勢，其可能包括預期的、以及非期望的物種、自載體或流體遷移。該電驅動之裝置可利用一或數種構件，在遷移期間此等構件隔離目標物種及/或抑制回返或逆程序。此等裝置的非限制性實例包括電透析(ED)裝置，包括電流反轉之電透析(EDR)裝置，以及電去離子(EDI)裝置。然而，本發明不限於一種或此等電驅動之裝置的組合且可能在提供動勢之其他裝置中予以實施，該動勢促進欲處理之流體中一或數個目標物種較其他物種的優先遷移。
本發明的電驅動之分離裝置一般利用離子選擇性薄膜來促進分離現象。某些情況中，該選擇性可透過之薄膜，相對於其他物種可優先或選擇地容許輸送某些物種。舉例而言，可剪下利用陽離子選擇性薄膜在電驅動之分離裝置的某些隔間中。其他情況中，可剪下利用陰離子選擇性薄膜在一或數個隔間中。更有其他情況中，本發明的電驅動之分離裝置可包括一或數個單價選擇性薄膜來選擇性促進單價陽離子或陰離子物種的轉移。實際上，本發明的某些實施例中，本發明的分離裝置可包括單價陽離子選擇性薄膜及一或數個單價陰離子選擇性薄膜，一般在該裝置的一或數個濃縮室中。商業上可供應之單價選擇性薄膜之非限制性實施例包括來自日本東京ASTOM公司或日本東京Tokuyama公司之NEOSEPTA陽離子和陰離子選擇性薄膜。
壓力驅動之分離裝置一般利用一或數個障壁來抑制遷移通過它，同時容許另一者之穿透。促進分離現象之動勢一般包括加壓欲處理之流體。壓力驅動之分離裝置的非限制性實施例包括微過濾、奈米過濾(NF)裝置以及逆滲透(RO)系統。
本發明的一或數個實施例可能關於水處理系統100，如第1圖中示範所示。系統100可為用於提供飲用水，灌溉水或兩者至舉例而言，使用點114之系統。該處理系統100可包括至少一個分離單元操作或分離裝置110，在某些情況中，其選擇性移除來自欲處理之水源102之一或數物種或一或數種型式的物種。該系統視預期可包括一或數個監測子系統，其提供處理系統之一或數項操作特性的指示。如所舉例說明，系統100可具有一或數個監測感測器108，其自分離裝置110一般提供所產生之，或在其他情況所處理之水品質的指示。本發明的某些態樣中，系統100可利用調節或建構與配置之控制系統或控制器來調整本發明系統中一或數個單元操作的一或數個參數。再述及第1圖，系統100因此可具有一或數個控制器106其調整分離裝置110的至少一個操作參數典型至至少一種所預期之狀況。可利用任何適當控制技術來調整系統100中任何單元操作的至少一個操作參數來提供具有一或數個所預期特性之水。
本發明的系統和技術可包括一或數個水分配系統其促進輸送已處理水至一或數個使用點。舉例而言，該分配系統可包括灌溉分配系統其輸送灌溉水至農業設施中之個別使用點。為了促進輸送已處理水，該分配系統可包括一或數個儲存系統，例如貯槽、槽、井或其他器皿和容器。本發明的灌溉系統可利用頂部及/或表面灌溉技術來運輸水至指定之區域。因此，該等灌溉系統構件可採用不可移動以及移動裝置。
可將一或數個儲存系統視為分配系統之一部分或是處理系統的輔助子系統。該等一或數個儲存系統可進一步促進提供具有所預期特性的已處理水。舉例而言，在進一步處理或加工之前，例如與另外已處理或未處理水或液流摻合之前，可將具有第一狀況或特性之已處理水儲存在一或數個儲存容器中。
第2圖是示意圖，示範地顯示與灌溉系統200有關係之本發明的一些特徵。灌溉系統200可包括流動地連接之分離裝置230，並如例示所配置，係透過灌溉水分配系統224接收來自源202之欲處理水。分離裝置220可處理來自源202之水並提供已處理之水至第一使用點228，本文中舉例說明係第一型的農作物。使用點228可為一部分的農作物，舉例而言，它是在與至少一部分的整個農作物不同之生長階段。系統200可另外包括一或數個第二分離裝置230。分離裝置230亦可處理來自源202之水並通過第二灌溉分配系統234提供已處理之水至第二使用點238，舉例說明為第二型的農作物。使用點228，第二使用點238可為舉例而言，與第一使用點228予以灌溉之相同型的農作物之一部分，或在不同生長階段之第二農作物的一部分。依照本發明的某些實施例，分離裝置230可視預期通過導管或連接管244提供已處理之水至第一使用點228，代替及/或自分離裝置220補充已處理之水。本發明的某些實施例至少部分地考慮分級之處理計劃。舉例而言，第一分離裝置220可提供具有第一水品質或特性之已處理水，其可通過導管或分配系統242在第二分離裝置230中進一步處理。可將複數的第二分離裝置230連同一或數個第一分離裝置220利用來提供已處理之水至一或數個使用點。本發明的某些實施例可包括串聯配置之分離裝置及其他實施例可利用呈並聯組態之分離裝置來提供已處理之水以便滿足一或數個使用點的體積要求。然而，在某些情況中，可實施串聯和並聯處理路徑之聯合以一種速率或複數的速率來提供已處理之水，其中水流或已處理之各一或數種已處理之水流具有一或數種所預期之特性。
系統200可包括一或數個控制器(未圖示)來控制系統200之任何構件或子系統的一或數個操作參數。像第1圖中示範所舉例說明之系統那樣，系統200可具有可調整一或數個操作參數之一或數個控制器。舉例而言，系統200之一或數個控制器可調整任何分離裝置中所施加的電場之電流、電位或兩者。可被調整之其他參數，舉例而言，包括該系統之任何水流的TDS含量、壓力、溫度、pH值、流動比或任何組合。
依照本發明的某些態樣，已處理之水流的一或數個特性可為產物流的任何所測得或所衍生之特質，以便致使它適合於在點114之其所預期的使用。然而，本發明並不限於此；舉例而言，以相對於欲處理之水流的觀點，水的特性可為已處理或產物水流的特性。該特質或參數可為水的單或複合或聚集體特性。此等特質的特定，非限制性實施例可包括水的導電率或電阻率，水中之一或數種特別控制器或種類之物種的存在、不存在或濃度、以及其組合。
依照本發明的一或數個實施例，本發明的系統和技術提供具有所預期之水特質之水，此水特質表示或定量為複合特性。該複合特性可提供作為特別目的用之已處理水的適合性指示。因此，本發明的系統和技術可包括各種操作其尋求或至少促進提供具有一或數種所預期之複合特性之水。在灌溉應用方面，已處理水特質可能係關於其作為灌溉水之適合性。因此，本發明的某些態樣可能經由調整其一或數種特性指向處理非飲用水並致使該水成為適合於一或數個農業設施灌溉之處理水。本發明的某些態樣可提供予以修改之灌溉水適合一或數種農作物生長或裁培在一或數個農業設施中。舉例而言，再參照第2圖，本發明的系統和技術可提供具有第一複合特性之第一處理水至第一型的農作物228及具有第二複合特性之第二處理水至第二型的農作物238。可使用第二處理水來補充及/或調整第一處理水的特性，反之，可使用第一處理水來調整第二處理水的一或數種特性。舉例而言，經由將一或數種已處理之水流混合在一起或摻合，可調整一或數種特性來滿足特別需求。特別目標特性可經由調整被混合之已處理水流的比或相對數量或速率予以達成。
在典型操作期間，各一或數個分離裝置220和230一般產生一或數條次要水流。一般，該等一或數條次要水流含有不合格程度的一或數種非期望之物種。可將任一或數條次要水流作為廢水流排放出。舉例而言，可將一般含有自分離裝置230中所處理之水流所轉移之一或數物種之廢水流通過導管或分配系統236排放或轉移至欲處理之水源202。同樣地，本發明的其他實施例考慮將一般來自一或數個下游分離裝置之一或數條次要水流與一或數個上游分離裝置中予以處理之水流聯合。亦可將廢水流連同可能或不與處理系統直接相聯合之其他流排放出。舉例而言，在與來自，舉例而言，冷卻塔之一或數條排放流相混合後，可將被排放之水流回送至欲處理之水源，其可能不是處理系統的一個單元操作。然而，在其他情況中，可儲存一或數條廢水流並與具有極低鹽度之水互相聯合來減輕水滲濾問題(其可能導致濾取可溶性礦物、及來自表面土壤之鹽類例如鈣)。
本發明的某些實施例中，可將來自第二分離裝置230之包含在導管236中之次要水流單獨或如第2圖中所示，與來自源202之欲處理水相聯合被引入第一分離裝置220中，係通過導管222予以輸送。
第1圖和第2圖中所描述之示意舉例說明之系統可另外包括促進水的處理之單元操作。舉例而言，可利用一個視預期之系統在分離裝置220和230的上游來過濾或在其他情況，移除至少一部分之來自源202水中的懸浮固體粒子。可利用來降低被夾帶在欲處理水中之至少一種懸浮固體的濃度之預處理單元操作的非限制性實施例包括微過濾器、沈降器和行進粒子過濾器。
此外，可利用一或數個單元操作來進一步處理一或數條已處理水流。舉例而言，一淨化床可自分配系統224和234中之一或數條已處理水流中進一步移除一或數物種。可利用來移除至少一部分的弱電離或可離子化之物種，例如但不限於硼、亞硒酸鹽和砷之此類單元操作的非限制性實施例包括離子交換柱。
促進本發明的後處理一或數條已處理水流之另外單元操作包括添加或在其他情況，調整一或數種所預期物種之濃度或水流的特性之那些單元操作。可採用後處理操作來致使一或數廢水流適合於排放至環境。
因此，可配置一混合器在本發明之一或數個分離裝置的下游，其促進摻合另外已處理或未處理之水流、消毐劑、養分、及/或來自此等的一或數來源之所預期鹽類。依照本發明的某些實施例，可安排鹽類的一或數種來源以使引入已處理之水流中。舉例而言，可利用分離裝置在本發明的處理或灌溉系統中，其選擇性移除或降低來自欲處理之水流之二價或其他非單價物種的濃度。此種視預期之裝置可能典型地提供具有相當高濃度的非單價物種之至少產物流，可將它導引至已處理水流來調整其至少一種特性以便提供具有目標或預期狀況之水流或水。有利地提供富含有益物種之水流的系統和技術之實施例包括審理中的美國申請案編號第11/474,299號中所揭示者，其標題是"Electrically－Driven Separation Apparatus"，將其內容以引用的方式倂入本文中以供參考。然而，在某些情況中，在其使用之前，可利用舉例而言，鈣及/或鎂鹽類的一或數個在其他情況中分開或獨特來源來調整已處理水流的一或數種特性。附帶，可將水流之一或數種固有及/或外來的性質進一步調整。舉例而言，可將水流冷卻或加熱來調整其溫度。水流或水體的pH值亦可，舉例而言經由添加一或數種酸或鹼予以調整來獲得所預期之pH值。所預期之性質或特性可能基於複數的因素，舉例而言，被灌溉之土壤的pH值、被灌溉之農作物之耐鹽性、及在某些情況中、土壤的水分含量。因此，本發明的某些特徵提供關於獲得一或數種所預期之複合特性之進一步能力。
一或數種性質或特性的進一步調整可能在分離裝置中處理以後，在使用或引導至使用點之前，或在已處理水的儲存在一或數個貯槽中期間予以實施。
然而，本發明的某些態樣，相對於第一或已處理之產物流及/或被引入分離裝置中之水流，考慮含有高濃度的一或數種已溶物種之此等次要水流的有益或經濟上有吸引力之特質。舉例而言，該次要產物流可含有高已溶之固體粒子且可作為進料流，可將它進一步處理來獲得另外之物種或至少提供具有高濃度的預期物種之產物流。
利用於本發明的某些系統和技術之水的一或數種特性可提供供應農業使用之水的適合性指示。舉例而言，水的一或數種特性可能以全部已溶之鹽類的含鹽量或固體粒子含量、及/或導電係數、以及或連同任何的鹼度，鐵含量、及水的pH值來表示。某些情況中，當相對於經由至少部分地處理之水予以灌溉之該型農作物予以考慮時，水的含鹽量之程度可能變成一個選擇性參數。因此，依照本發明的某些態樣，可使用水之鹽度來調整本發明系統的至少一個操作參數。在本發明的系統和技術之其他實施例中，可將特徵值表示為物種濃度之比，相對於趨向於致使土壤成為聚集或水吸附，其趨向於致使土壤成為水不滲透。
依照本發明的某些態樣，該特徵值可提供關於灌溉目的，關於人類消耗及/或關於家畜或家禽使用之水的適合性指示。某些實施例中，水流或體的特徵值可表示成為相對於水中之二價物種的濃度，單價物種的濃度之比。舉例而言，該特徵值可被至少部分地表示為鈉吸附比或可交換之鈉百分率。水流或水體的SAR較佳可提供關於是否該水可能適合灌溉一種型式或種類的農作物之指示。因此，依照本發明的某些態樣，其某些實施例係關於系統和技術，此等系統和技術可包括至少部分地基於所預期之特徵值來控制一或數個操作參數，此所預期之特徵值是自使用點的至少一種預期予以至少部分地衍生。舉例而言，使用點為予以灌溉之一種農作物的情況，該所預期之特徵值可能基於農作物的耐鹽性及/或土壤的一或數種特質或特性。
鈉吸附比值一般係根據式(I)予以測定：
式中[Na]為水中，以莫耳/立方米(mol/m3 )計之鈉物種濃度，[Ca]為水中，以mol/m3 計之鈣物種濃度，及[Mg]為水中，以mol/m3 計之鎂物種濃度。可單獨利用水的其他特徵值或連同其他特徵值。因此，在某些情況中，可作為水品質的指示或關於其預期目的之適合性之水的特徵值包括水中之總溶解固體粒子濃度、pH值、及/或一或數種毐性或危險性物種的濃度。
調整灌溉水之SAR值舉例而言，可能經由調整水系統的一或數個操作參數予以實施。舉例而言，可調整具有不同聯合SAR值之已處理的相對比來提供具有所預期SAR值之產物水的複合或摻合混合物。包括減少通過一或數個分離裝置之水流的流速或增加滯留或處理期間之其他技術可促進獲得所預期之SAR值。另外，或連同此等技術，舉例而言，通過電驅動或壓力驅動之分離裝置所施加之電位能級亦可提供具有一或數種所預期特性之已處理水。
本發明系統的處理水產物可淡化海水及/或含鹽之水來提供灌溉水，其避免或減少任何土壤滲透性及/或滲濾問題的程度。
已處理水的一或數個特徵值可為包含在水中之各物種間之相對相互關係。舉例而言，該特徵值可為已溶之鈉物種對已溶之鈣的比。不超過約3：1的較佳預期之鈉對鈣比可避免或減少由於土壤分散和阻塞及土壤表面孔隙封閉，水滲濾問題的可能。此外，本發明的某些實施例可選擇性降低灌溉水中之單價鈉的濃度，可提供富含相對鈣之水源來抵制灌溉時之任何鈉分散現象。
產物水可具有範圍自約2至約8之SAR值。然而，目標或預期之SAR值可能基於農業設施中之一或數個因素。舉例而言，該目標SAR值係基於設施中所生長之農作物種類、設施中一或數種農作物的生長階段，及土壞狀況包括水滲濾、鈉質度、及/或土壤的鹼度。可使用來提供灌溉水的一或數個目標特性之特別準則包括由聯合國糧食及農業組織(FAO)所提供之那些準則。舉例而言，與SAR值可能相互關聯之可交換之鈉含量可作為為了灌溉目的所利用之水的理想特徵值。特別，敏感性農作物，例如，但不限於水果、堅果和柑橘屬一般預期具有SAR值高達約8之灌溉水；其他敏感性農作物例如豆類可能耐受具有SAR值高達約18之灌溉水；適度有耐藥性之農作物例如三葉草、燕麥和水稻可能耐受具有SAR值高達約18至46之灌溉水；及耐藥性農作物例如，但不限於小麥、大麥、蕃茄、甜菜和高小麥草可能耐受具有SAR值高達46至102之灌溉水。
當灌溉水不能進入土壤且變得不能為農作物利用時，一般浮現滲濾之議題。相對於鹽度之議題，其減少水的可用性，滲濾問題可能有效地減少供農作物使用可利用之水的數量。水滲濾可隨著增加之鹽度而增加及可隨著減少鹽度或相對於鈣和鎂增加鈉含量而減少。此外，低鹽度水，低於約0.5dS/m，一般具有腐蝕性且趨向於濾取土壤表面的可溶礦物和鹽類，例如鈣，其接下來可減少土壤聚集和結構。不具有或具有低鹽含量之土壤趨向於分散，成為細土壤粒子，其填充空隙空間，有效地封閉土壤表面且減少水滲濾的速率。該土壤可能趨向於形成一個殼層其減少進入地面下的部分之水的數量且亦可防止農作物出現。因此，本發明的某些實施例中，所預期之水品質可能進一步基於灌溉水的鹽度。舉例而言，第4圖，其是基於Ayers,R.S.和Westcot,D.W.之出版物其標題是"農業之水品質"，FAO灌溉和排水，Paper 29 rev.1，聯合國糧食及農業組織，1989，1994，其顯示含鹽量的影響，如由TDS濃度所表示，及滲濾時之SAR可聯合地提供灌溉水的理想鹽度等級和SAR值其減少或避免滲濾問題。第4圖中，使用海水性質自上述參考文獻之電導係數來導出TDS濃度值。特別，密度與鹽度間及鹽度與20℃時之海水的電導係數間之相互關係係基於公佈之物理性質予以決定。然後，使用此等相互關係來轉變自上述參考文獻之海水的電導係數值成為相對應之TDS濃度，然後關於相對應之SAR值將它繪圖而獲得第4圖中所陳述之滲濾準則。
當灌溉水具有複合特徵值例如具有小於約8之SAR值同時具有約1,500ppm或更大之TDS含量時，本發明的另外實施例亦可提供適當灌溉水。
本發明的某些實施例可提供淡化系統和技術其選擇性移除非期望之物種，其與非選擇性淡化技術，例如基於熱和壓力驅動之程序的那些技術成對比。此外，本發明的某些系統和技術不預期另外添加較佳之物種，就可提供產物水流。舉例而言，本發明可提供灌溉水其不包括經由添加補充之物種來進一步調整之特徵值。
第3圖舉例說明本發明的另外特徵和態樣。示範舉例說明之處理系統300可包括第一分離裝置304和第二分離裝置306。分離裝置304和306典型地處理來自一或數源302之流體。來自源302之欲處理之水一般含有高或不合格程度的已溶物種。因此，可利用一或數個分離裝置來至少部分地移除或降低來自水中之一或數種非期望物種的濃度。作為示範舉例說明，可將來自分離裝置304之已處理水與來自分離裝置306之已處理水在一或數混合操作或混合器308中相聯合來提供具有所預期之性質及/或特性之已處理水流至使用點314。依照本發明的某些實施例，可致使已處理水適合在一或數個使用點314被使用作為飲用水及/或沐浴水。
第一分離裝置304可為電驅動之裝置或壓力驅動之裝置。同樣地，第二分離裝置306可為電驅動之分離裝置或壓力驅動之分離裝置。依照本發明的某些態樣，分離裝置304移除至少一部分的來自源302之欲處理水中之複數的非期望物種。在某些情況中，第一分離裝置可能不加區別地移除至少一部分的來自欲處理之水的複數之非期望物種。舉例而言，第一分離裝置可利用以RO及/或NF為基礎之技術來移除，一般無優先性或選擇性，至少一部分的任何非期望物種。自壓力驅動之分離裝置產生的已處理水流較佳超過飲用水品質要求。
第二分離裝置可自欲處理之水源移除一或數種非期望物種。某些情況中，該分離裝置選擇地移除至少一部分的來自水中之一或數種非期望物種來產生產物水流。如果來自第二分離裝置之產物水流不能達到或超過飲用水品質要求，可將來自第一分離裝置之一部分的已處理水，其超過飲用水品質要求，與它倂合或摻合。舉例而言，於第一分離裝置提供具有約250mg/L的TDS含量之產物水及第二分離裝置提供具有約1,000mg/L的TDS含量之產物水的情況，可將該等產物水流以約2：1的體積比相聯合而產生具有約500mg/L的TDS含量之摻合產物。目標含量可為控制濃度其符合或超過世界衛生組組所建議之一或數個準則。亦可將其他水流與本發明的分離裝置之一或數個產物流相摻合而提供飲用水及/或沐浴水，其符合或超過由政府管制組織一般所設定之準則或要求。
可將來自第一分離裝置之一或數廢水水流，其一般含有自第一處理產物流所移除之相對高等級的物種排放至排水口，導引至一或數個輔助使用點310，或回送至源302。本發明的另外實施例考慮將廢水水流通過導管322與來自源302之水聯合以使在第二分離裝置中予以處理。亦可將來自第二分離裝置之次要或廢水水流排放至排水口，導引至一或數個輔助使用點310及/或312，如所示透過導管316回送至源302。
如上所特別提及，可利用輔助系統在本發明的系統和技術之後處理操作中。舉例而言，可配置一或數個消毐系統例如，輻射、氧化或在其他情況減少水中之微生物活性的系統來進一步處理水。此外，如上文所討論，亦可使用一或數個儲存系統。
本發明的某些特徵包括系統和技術其包括如上文所論述，利用選擇性薄膜之電驅動的分離裝置。如第7圖中所舉例說明，係由舉例而言，TDS含量所表示之已處理水的品質可能受所利用之薄膜的選擇性所影響。第8A圖和第8B圖顯示依照本發明的某些態樣，選擇分離裝置的能力。如第8A圖中所示，經由利用電驅動之分離裝置，可產生具有所預期一組的特性之水用於灌溉農作物。本發明的某些實施例中，電驅動之分離裝置利用單價選擇性薄膜來促進處理水，例如海水及/或含鹽之水來提供適合於農業設施中灌溉之水。相對的，非選擇性技術或甚至非單價選擇性技術例如，包括逆滲透裝置、蒸餾裝置以及奈米過濾之技術不能靈活地提供符合目標特性之處理水。第8B圖特別舉例說明包括單價選擇性薄膜之電驅動的分離裝置可提供具有相對於TDS含量，高於2,500或甚至3,000ppm之可接受之鈉吸附比特性之處理水。因此，本發明的某些態樣可提供系統和技術其能標定移除非期望之物種同時保留較少不良之物種。
此外，因為本發明的某些實施例可選擇性移除單價物種，所以任何生成之次要流或濃縮物流甚少容易產生積垢和污垢。與非選擇性技術相比較，此特徵有利地容許本發明的某些分離實施例以較高之水回收速率來操作，因為任何次要流的體積率可被有效地減少而與非期望之沉澱無關係或稍有關係。因此，相較於非選擇性ED和以蒸餾為基礎之分離裝置，可將針對利用選擇性分離單價物種之系統和技術之本發明的某些實施例以較高之回收率操作，且與以RO和NF為基礎之分離裝置相比較，甚至以高得多的回收率來操作。值得注意地，因為以RO和NF為基礎之分離系統選擇性降低非單價物種的濃度，所以此等程序不能有效地提供具有低SAR值之已處理水。
本發明之選擇性分離系統和技術的另外優點係關於減少或移除對於農作物生長具有甚少或無影響之非離子化物種。舉例而言，在本發明的以ED為基礎之系統中，一般不將矽石典型地優先移除，藉以避免次要水流中之任何結垢或污垢事件，當在RO和蒸餾裝置中處理含有矽石之水時，其一般會發生。另外，因為本發明的某些實施例之次要水流一般已減少結垢趨勢，所以本發明的分離系統和技術中之回收速率係大於以RO和蒸餾為基礎之系統的回收速率。
可將本發明系統的控制器106使用一或數個電腦系統來實施。舉例而言，該電腦系統可為一種通用電腦例如基於Intel PENTIUM型處理器，Motorola PowerPC處理器，Sun UltraSPARC處理器，Hewlett－Packard PA－RISC處理器或任何其他型式的處理器或其組合之電腦。該電腦系統可使用特別程式化，特別目的硬體予以實施，舉例而言，意欲供水處理系統用之特定應用積體電路(ASIC)或控制器。
該電腦系統可包括一般連接至一或數個記憶裝置之一或數個處理器，舉例而言，其可包括任何一或數個的碟片驅動記憶器、快閃記憶裝置、RAM記憶裝置或用於儲存數據之其他裝置。在系統100及/或電腦系統的操作期間，一般使用記憶元件或子系統用於儲存程式和數據。舉例而言，可使用記憶元件用於儲存與一段時間內的參數有關之歷史數據以及操作數據。可將軟體，包括實施本發明的實施例之程式碼儲存在電腦可讀及/或可寫不變性記錄媒體上，然後典型地拷貝成為記憶器子系統，其中，然後它可能經由一或數個處理器予以執行。可將此程式碼以任何複數的程式語言來寫，舉例而言，Java,Visual Basic,C,C#,或C＋＋,Fortan,Pascal,Eiffel,Basic,或其任何的各種組合。
可將電腦系統的構件經由互連機構予以耦合，其可包括提供被整合在相同裝置內之各構件間之通信的一或數個匯流排，及/或提供駐留在分開個別裝置上之各構件間之通信或相互作用的網路。相互作用機構一般使通信，包括但不限於數據和指令能在系統的各構件間予以交換。
該電腦系統亦可包括一或數個輸入裝置，舉例而言，鍵盤、滑鼠、軌跡球、麥克風、觸摸屏及一或數個輸出裝置舉例而言，列印裝置、顯示屏或揚聲器。另外，額外或作為可能由一或數個系統的構件所形成之網路的替代，電腦系統可含有一或數個界面其可連接電腦系統至通信網路。
根據本發明的一或數個實施例，一或數個輸入裝置可包括用於量測參數之感測器。或者，可將感測器、計量閥及/或泵、或所有的此等構件連接至通信網路，將其操作上耦合至電腦系統。舉例而言，可將一或數個感測器108配置成為輸入裝置將其直接連接至控制器106，可將計量閥、泵及/或裝置102的構件配置成為輸出裝置將其連接至控制器106。可將任何一或數個此類子構件或子系統耦合至另外計算機系統或構件以便與通信網路上之計算機系統通信。此一組態容許將一個感測器定位在距另一感測器相當距離或容許將任何感測器定位在距任何子系統及/或控制器一段相當距離，同時在其間仍提供數據。
該控制器可包括一或數個電腦儲存媒體例如可讀及/或可寫之不變性記錄媒體其上可儲存信號，其形成經由一或數處理器予以執行之程式。舉例而言，該介質可為碟片或快閃記憶體。典型操作中，處理器可產生數據，例如實施本發明的一或數實施例之編碼自儲存媒體被讀取而進入記憶器中，其容許經由一或數個處理器較媒體，更快速存取資訊。該記憶器一般是不變性，隨機接達記憶器例如動態隨機存取記憶體(DRAM)或靜態記憶體(SRAM)或其他適當裝置其促進資訊轉移至及自一或數個處理器。
雖然將控制系統經由實例敘述成為一種電腦系統的形式，可實施例本發明的各個態樣在其上，但是應了解，本發明不限於在軟體中予以實施，或在如示範所示，在電腦系統上予以實施。實際上，舉例而言，不在通用電腦系統上予以實施，替代地，可被實施，控制器或其構件或子部分成為專用系統或成為專用可程式邏輯控制器(PLC)或呈分佈之控制系統。此外，應了解，本發明的一或數個特徵或態樣可在軟體、硬體或韌體、或其任何組合中予以實施。舉例而言，經由控制器106可執行之演算法的一或數個程式段可在分開之計算機中予以實施，依次其可通過一或數個通信網路。
雖然示範所示之各種實施例已被敘述成為使用感測器，但是應了解，本發明並非如此限制。本發明考慮修改現有之設施來將一或數個系統、子系統或構件翻新改進並實施本發明的技術。因此，舉例而言，依照本文中示範所論述之任何一或數個實施例，可變更現有之設施，特別是農業或生長農作物之設施，包括所構形之一或數個系統來提供灌溉水、飲用水或兩者。或者，可變更現有之系統及/或其構件或子系統來實施本發明的任何一或數個動作。
本發明之此等和其他實施例的功能和優點自下列實施例可進一步了解，其舉例說明本發明的一或數個系統和技術之利益及/或優點但是並不例示本發明的全部範圍。
實施例1
此實施例敘述當被利用自欲處理之水流中來選擇性移除單價陽離子並產生具有較低SAR值之處理水時，ED裝置的預期性能。
第5圖是顯示利用各種單價選擇性薄膜之處理水中之SAR值，具有不同程度的選擇性之圖表。如所示，如果可接受或所預期之SAR值是小於約6，約3,500ppm的TDS含量可使用具有約5的選擇性之單價選擇性薄膜來獲得。又，如果可接受或所預期之SAR值是小於3，約2,700ppm TDS含量可使用具有約10的選擇性之單價選擇性薄膜來獲得。
ED裝置之預計能量需求係小於利用RO裝置之預計需求。此外，在本發明的電驅動之分離裝置中處理水所預期之預計能量預料受欲處理之水的鹽度線性所影響。本發明的某些實施例中，可調整進料流的溫度來減少促進電驅動之分離裝置中之成本效益分離所預期之能量。舉例而言，包括利用約25℃之海水來增加進料流的溫度可能提供具有約1,500ppm的產物TDS含量及約50%的回收，可導致ED模組中的預計能量減少約6%。
實施例2
除去未利用控制器來調整系統的操作參數以外，此實施例敘述利用如第1圖的示意舉例說明中大體上表示之本發明技術之系統的性能。
該ED堆係由濃縮和稀釋室的十個有效槽組構成，五個槽組在向下之流動路徑中及五個槽組在向上之流動路徑中，提供約28英吋的總流體流程序流動路徑。該等槽組利用陽離子選擇性薄膜，來自Tokuyama公司之CMS單價選擇性均勻薄膜來優先地移除鈉陽離子，及不均勻離子交換薄膜作為陰離子選擇性薄膜(IONPURETM 陰離子薄膜，0.018英吋厚)。使用0.020英吋厚之間隔墊片及約70%開放面和0.020英吋厚之擠壓屏來至少部分地形成該等室。ED裝置係通過RuO2 覆蓋之鈦電極，在每槽組，約2伏特的所施加之電位時予以操作。
進料水係溶解由Spectrum Brands公司可供應之Instant Ocean合成海鹽混合物在去離子水中予以製備。視預期，添加氯化鈉來提供具有海水的SAR值(約54)之進料溶液。
該模組以單程模式予以操作，其中將稀釋流和濃縮物流兩者回送至進料槽。將電極室構造成稀釋室並分開予以進料。進料流和產物流中之鈣和鎂物種濃度係由標準滴定方法予以測定。TDS含量係基於所測得導電率予以計算。亦計算鈉濃度。
表1和表2各自顯示進口和產物水流特性。如表2中所示，本發明的系統和技術可提供具有一或數種所預期特性之產物水流。舉例而言，本發明之系統和技術可選擇性降低單價物種的濃度來提供具有所預期SAR值之水。
此外，該等表中所列之數據顯示耦合兩或數個電驅動之分離裝置可提供具有所預期SAR值之已處理水。即，第一電驅動之分離裝置可降低水流的SAR值來提供具有中間SAR值之中間產物流。依次，可將該中間產物流引導入第二電驅動之分離裝置中來提供具有所預期SAR值之已處理水。特別，第6圖顯示經由利用具有單價選擇性薄膜之ED裝置，以基於此組態之大約三階段，可將TDS含量及SAR值減少至所預期程度。其他組態可包括或多或少之階段來獲得一或數種所預期之水特性。
該數據另外顯示可調整各種參數來特別符合產物水中之SAR值。舉例而言，可增加或減少處理之流速來獲得目標SAR值。或者，或連同調整流速，可使用所施加之電位及/或總流動路徑長度作為本發明的一或數個態樣中之可調整的操作參數。
實施例3
此實施例比較電驅動之分離裝置的性能與熱驅動和壓力驅動之分離裝置的性能。
所利用之ED模組具有十個槽組在摺疊之流動路徑中以便流動通經五個槽組的稀釋室和濃縮室，然後，返回並通經另外五個槽組。模組中之各單元係由屏和0.020英吋厚間隔物構成。該等槽為14英吋×1.2英吋。所利用之單價陽離子選擇性薄膜為來自Tokuyama Soda公司之CMS薄膜。所利用之陰離子選擇性薄膜為IONPURETM 不均勻薄膜。ED模組利用鉑覆蓋之鈦板。變更所施加之電壓和電流、流速和進料組成來獲得有效選擇性的各種狀況。
表3和表4列出進料流和產物水流性質。第7圖為圖表顯示相對於ED模組中所利用之薄膜的選擇性，已處理水的TDS含量之影響。分析進料流和產物流的TDS含量以及鈉、鈣和鎂的濃度。利用此等所測得之值，根據式(2)來計算有效之選擇性：
其中v為離子物種i的莫耳濃度及△v為離子物種i的莫耳濃度之改變。
表3和表4以及第7圖中之數據顯示當進料水的TDS含量減少時，陽離子選擇性薄膜的選擇性亦減小。對於TDS之選擇性的相互關係係遵循式(3)予以測定：選擇性＝0.5905＋(5×10－5 )(TDS)
然後相對於其他非選擇性技術逆滲透、蒸餾和奈米過濾，利用此種選擇性/TDS關係以如第8A圖和第8B圖中所表示之複合特性的觀點，來鑑定依照本發明電驅動之分離裝置的能力。
假定海水中約96%的單價陽離子物種為鈉及約4%為鉀。此外，假設所有陽離子物種構成約37%的TDS含量致使TDS之改變可根據式(4)予以測定：
另外假定當在電驅動之分離裝置中被移除時，二價物種鈣和鎂行為相似，可利用下式：
使用利用式(2)、(3)和(4)之上述假定相對於TDS含量來預測產物水之SAR值。將結果示於第8A圖和第8B圖中，後者顯示前者的放大剖面。第8B圖，其包括形成某些農作物之較佳特性的一個區域之覆蓋層，顯示本發明之分離技術可提供複數的符合或跨越該等目標特性界限之實際產物流。顯著地，本發明的分離系統和技術提供中間及/或可修改之特徵，其不能使用非選擇性替代技術直接獲得。不過，為了提供一個比較性基礎，已處理水的中間性質經由估計實際生成之產物與成比例數量的原或未處理之海水的假定摻合物予以模擬。舉例而言，為了提供估計蒸餾水產物之SAR/TDS關係的性質，將進料海水與實際餾出物水相混合來預測中間產物的特徵值。雖然一般並未使用此等做法，但是陳述所舉例說明之預測中間特性，如由連接實際數據之虛線所示，來提供相對於選擇性分離系統之一個比較。關於逆滲透和奈米過濾等系統之SAR/TDS關係的性質同樣地經由估計理論上摻合之產物的性質予以模擬。因此，關於各分立，不可修改適合之技術，連接實際數據點之虛線代表一種假設可獲得之可修改適合產物而連接實際數據值之實線顯示可獲得之修改適合產物。
實際餾出物水性質自美國Dept.of Interior,Bureau of Reclamation,Denver Office，其標題為"Water Treatment Technology Program Report"，No.71995之出版物可獲得。非選擇性ED產物水性質之實際數據自Turek M.之出版物，"Cost Effective Electrodialytic Seawater Desalination"，Desalination,No.153,pp.371至376，2002獲得。奈米過濾之產物水性質之實際數據自Tseng等之出版物，"Optimization of Dual－Staged NF Membranes for Seawater Desalination"，AWWA 2003 CA－NV An.Fall Conf.,2003獲得。
現在已敘述本發明的某些舉例說明之實施例，熟習該項技藝之人士應了解，前面所述僅是舉例說明並非限制。許多變更和其他實施例為在通常熟習該項技藝人士之一的範圍以內且被考慮係屬於本發明的範圍以內。特別，雖然許多的本文中所陳述之實施例包括方法實行或系統元件的特定組合，但是應了解，可將那些實行和那些元件以其他方式聯合來達到相同目的。舉例而言，可將ED和EDI裝置聯合在兩階段程序中，其中ED裝置減少海水中TDS含量至約5,000ppm至約6,000ppm的範圍及EDI裝置隨後減少TDS含量至約1,500ppm至約2,000ppm的範圍。
此外，僅和一實施例有關係所論述之實行、元件和特徵無意不包括在其他實施例中之相似任務中。
應了解，各種變更、修正和改進可為熟習該項技藝之人士容易地想到且意欲此等變更、修正和改進為內容之一部分並在本發明的要旨和範圍以內。舉例而言，鈉吸附比可根據替代式(5)予以表示：
其中Na為以me/L計，水中之鈉濃度；Cax 為以me/L計，變更之鈣值，其代表水中之鈣物種濃度，由於水的鹽度具有補償，HCO3 /Ca比(以me/L計)，及土壤表面中所估計之CO2 分壓；及Mg為以me/L計，水中之鎂物種的濃度。
而且，亦應了解，本發明係關於本文中所敘述之各特徵、系統、子系統或技術及本文中所敘述之兩或數特徵、系統、子系統或技術的任何組合及考慮兩或數特徵、系統、子系統及/或方法的任何組合(如果此等特徵、系統、子系統和技術不是相互地不一致)，是在本發明的範圍以內，如申請專利範圍所具體表現。
使用序數術語例如"第一"、"第二"、"第三"等等在申請專利範圍中來修飾一個申請專利範圍單元，其本身並不暗示一申請專利範圍單元較另一單元的任何優先權、領先或次序或暫時的次序其中實施方法的實行，而係僅使用作為標記來區別具有某一名稱之申請專利範圍單元與具有相同名稱(除了使用序數術語以外)之另外單元來區別該等申請專利範圍單元。
熟習該項技藝之人士應了解，本文中所敘述之參數和構型是例示，且實際參數及/或組態將基於特定應用其中使用本發明的系統和技術。熟習該項技藝之人士亦應確認或能確定，使用僅僅例行實驗，相當於本發明的特定實施例。因此，應了解，本文中所敘述之實施例僅經由實施例予以陳述，且在所附隨之申請專利範圍及其同義詞的範圍以內；可實施本發明，除了作為具體地敘述以外。
如本文中所使用，術語"複數"係述及兩或數種項目或構件。術語"包括"、"包含"、"carrying"、"having"、"containing"和"involving"，無論在書面敘述或申請專利範圍中為非限定之術語，即，意指"包括但不限於"。因此，使用此等術語意指包括此後所列之項目及其相當物，以及另外之項目。關於申請專利範圍，僅轉換成語"consisting of"和"consisting essentially of"各自為限定或半限定之轉換成語。此外，關於水，特別是已處理水，使用術語"飲用"並不限制本發明論題的範圍且可述及適合於家畜使用之水，包括消費。
100,200．．．系統
102．．．水源
106．．．控制器
108．．．監測感測器
110,230．．．分離裝置
114,134．．．使用點
122,124．．．控制線
202,302．．．源
220,304．．．第一分離裝置
222,316,322．．．導管
224．．．灌溉水分配系統
228．．．第一型之農作物
230,306．．．第二分離裝置
234．．．第二灌溉分配系統
236,242．．．導管分佈系統
244．．．導管或連接
238．．．第二型之農作物
300．．．處理系統
308．．．混合器
310,312．．．輔助使用點
ED．．．電透析
EDI．．．電去離水
TDS．．．總溶解固體粒子
SAR．．．鈉吸附比
附隨之圖式並未試圖按比例繪製。該等圖式中，不同圖中予以舉例說明之各相同或接近相同構件係由相同數字表示。為了清晰之目的，每一圖式中，未將每一構件標記。
第1圖為依照本發明的一或數特徵之系統的示意舉例說明。
第2圖為依照本發明的另外特徵之灌溉系統的示意舉例說明。
第3圖為另外示意舉例說明顯示依照本發明的更另外特徵再另外系統。
第4圖為圖表顯示依照本發明的某些態樣、合格程度之水特性的代表範圍。
第5圖為圖表顯示依照本發明的某些態樣，相對於利用在不同程度的選擇性之單價選擇性陽離子薄膜之總溶解固體含量，經由電透析、去鹽水的預測鈉吸附比。
第6圖為圖表顯示本發明的分級處理態樣來產生具有一或數預期特性之已處理水。
第7圖為圖表顯示薄膜選擇性對於依照本發明某些實施例之裝置中所處理之產物水的總溶解固體含量的影響。
第8A圖及第8B圖為圖表比較性舉例說明相對於其他非選擇性方法，經由本發明的系統和技術所產生之處理水的某些特性。

Claims (15)

  1. 一種方法，其包括：將含有海水及含鹽之水之至少一者的欲處理水引入電驅動之分離裝置，以提供鈉吸附比(SAR)之值小於約20的灌溉水；在該電驅動之分離裝置中，將欲處理水中之至少一種單價陽離子物種通過至少一個單價陽離子選擇性薄膜，其具有至少約1.5之有效選擇性；及以該灌溉水灌溉農業設施的至少一部分，其中該SAR值係根據下式予以測定： 其中[Na]為灌溉水中以mol/m3 計之鈉物種濃度，其中[Ca]為灌溉水中以mol/m3 計之鈣物種濃度，及其中[Mg]為灌溉水中以mol/m3 計之鎂物種濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含加熱該欲處理水的動作。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含調整該灌溉水中鎂物種濃度及鈣物種濃度之至少一者的動作。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含移除灌溉水中任何含硼物種之至少一部份的動作。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電驅動之分離裝置包含單價陰離子選擇性薄膜。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該電驅動之分離裝置包含電透析裝置。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該灌溉水之SAR值小 於約3。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含將灌溉水引入離子交換床的動作。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含將海水或含鹽之水之至少一者加入灌溉水的動作，以產生具有預期SAR值得摻合灌溉水。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含調整該電驅動之分離裝置之操作參數的動作，以達到基於該農業設施的至少一種需求之灌溉水的預定SAR值，其中該至少一種需求係該農業設施中的土壤特性及生長於該農業設施中的至少一種農作物之耐鹽性之至少一者。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在該電驅動之分離裝置中自該欲處理水選擇性移除大於約一半量的至少一種單價陽離子物種，同時保留大於約一半量的至少一種另一單價陽離子物種。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在該電驅動之分離裝置中，以至少一種二價陽離子物種的移除速率之至少約兩倍的速率來自該欲處理水移除至少一種單價陽離子物種。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所提供的灌溉水具有約1500ppm或更多的總溶解固體含量。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所提供的灌溉水具有在約250ppm至約3500ppm之間的總溶解固體含量。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所提供的灌溉水具有在約11000ppm至約17000ppm之間的總溶解固體含量。
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