低水垢潛在性水處理的製作方法

2023-11-05 02:35:27 2

專利名稱：低水垢潛在性水處理的製作方法
低水垢潛在性水處理
背景技術：
1. 發明領域
本發明涉及具有低水垢形成潛在性的水處理體系和方法，和尤其是 涉及在採用電驅動分離裝置的體系中降低水垢形成的潛在性。
2. 相關^支術討i侖
已用於處理水的電驅動分離裝置包括，但不限於，電滲析以及電去 離子設備。例如Liang等人在U.S.專利No. 6,649,037公開了 一種電去離子 裝置和通過去除可電離物質而用於純化流體的方法。
發明綜述
本發明的 一個或多個方面涉及具有陽極室和陰極室的電去離子裝 置。該電去離子裝置包括位於陽極室和陰極室之間的第一消耗室，與消 耗室離子連通的濃縮室，與濃縮室離子連通的第二消耗室，和位於第一 消耗室以及陽極室和陰極室中至少一個之間和與它們離子連通的第一 隔絕單元。
本發明其它方面涉及一種電去離子裝置，包括消耗室和與消耗室離 子連通，並至少部分由陰離子選擇性膜和陽離子選擇性膜確定的第一濃 縮室。第一濃縮室通常包含，至少是部分地包含，通過基本上包含陰離 子交換介質的第二區與陰離子選擇性膜基本上分開的基本上包含陽離 子交換介質的第一區。
本發明其它方面涉及一種電去離子裝置，包括消4毛室，與消耗室離 子連通的第一濃縮室，和與消耗室離子連通的第二濃縮室。第一濃縮室 通常包含具有第一有效電阻(current resistance )的介質，第二濃縮室的 一部分包含具有大於第一有效電阻的笫二有效電阻的介質。
本發明其它方面涉及一種電去離子裝置，包括消耗室，和與消耗室 離子連通的濃縮室。濃縮室通常包含陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂 的混合物，陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂在混合物中的量相對濃縮 室的流動路徑長度而變化。
本發明其它方面涉及一種具有至少一個室的電去離子裝置，所述室
8具有至少一個由具有多個孔的分配器確定的出口埠。電去離子裝置可 在以離子選擇性膜為界的室中包含第一層顆粒。所述顆粒可包含具有低 於孔最小尺寸的笫一有效直徑的介質。電去離子裝置進一步在第一層下 遊的室中包含笫二層顆粒。第二層顆粒通常具有大於第一有效直徑和大 於孔最小尺寸的第二有效直徑。
本發明再一方面涉及電去離子體系，包括所要處理的水源，包括消
耗室和濃縮室的處理組件，所述處理組件流體連接至所要處理的水源； 包含酸生成室的電解組件，和流體連接至電解組件的酸生成室的入口上 的鹽水溶液源。電解組件流體連接在濃縮室的上遊。
本發明的某些方面涉及一種電去離子裝置，包括含陰離子交換樹脂 和陽離子交換樹脂的混合物的室。陰離子交換樹脂的平均直徑為陽離子 交換樹脂的平均直徑的至少1. 3倍。
本發明的某些方面涉及一種電去離子裝置，包括含陰離子交換樹脂 和陽離子交換樹脂的混合物的室。陽離子交換樹脂的平均直徑為陰離子 交換樹脂的平均直徑的至少1.3倍。
本發明其它方面涉及一種水處理體系，包括所要處理的水源，包含 多個濃縮室和消耗室且流體連接至所要處理的水源上的電去離子設備， 與要被引入電去離子設備的至少 一個濃縮室中的水熱連通的冷卻器，被 設置成提供要被引入濃縮室中的水和離開濃縮室的水中的至少 一種的 溫度顯示的傳感器，和被設計成接收溫度顯示和產生促進冷卻要被引入 濃縮室中的水的信號的控制器。
本發明其它方面涉及電去離子裝置，包括至少部分被陽離子選擇性 膜和陰離子選擇性膜確定的消耗室，和至少部分被陰離子選擇性膜確定 並包含第一層陰離子交換介質和位於第一層下遊的第二層介質的濃縮 室，所述第二層包含陰離子交換介質和陽離子交換介質。
本發明其它方面涉及一種在具有消耗室和濃縮室的電去離子設備 中處理水的方法。該方法包括測量濃縮室中的物流的溫度，要被引入濃 縮室中的物流的溫度，和離開濃縮室的物流的溫度之一；將要被引入濃 縮室中的水的溫度降低至預定溫度；將所要處理的水引入消耗室；和從 電去離子設備的所要處理的水中去除至少一部分至少一種非所需物質。
本發明其它方面涉及一種在電去離子設備中處理水的方法，包括將 具有陰離子和陽離子物質的水引入電去離子設備的消耗室，促進至少一部分陽離子物質傳輸到位於電去離子設備的消耗室和陰極室之間的笫 一隔絕單元，和促進至少一部分陰離子物質傳輸到位於電去離子設備的 消耗室和陽極室之間的第二隔絕單元。
本發明其它方面涉及一種在具有消耗室和濃縮室的電去離子設備 中處理水的方法。該方法包括將所要處理的水引入電去離子設備的消耗 室，促進非所需物質從消耗室傳輸到電去離子設備的濃縮室。濃縮室可 通常包含第 一層陰離子交換介質和位於第 一層下遊的笫二層介質，且第 二層可包含陰離子交換介質和陽離子交換介質的混合物。
本發明其它方面涉及一種處理水的方法，包括將所要處理的水引入
電去離子設備的消耗室，所述消耗室具有至少一層離子交換介質；和促
進被引入消耗室中的水的至少一部分陰離子物質從第一層離子交換介 質傳輸到第一濃縮室以生成具有第一中間質量的水。第一濃縮室至少部 分地由陰離子選擇性膜和陽離子選擇性膜確定。第 一濃縮室至少部分地 包含通過包含陰離子交換介質的第二區基本上與陰離子選擇性膜分開 的包含陽離子交換介質的第一區。
本發明其它方面涉及一種在電去離子設備中處理水的方法。該方法 包括將包含非所需物質的所要處理的水引入電去離子設備的消耗室，促
進非所需物質從消耗室傳輸至電去離子設備的濃縮室以生成處理水；在 輔助組件中電解產生酸溶液，和將至少一部分酸溶液引入濃縮室。
本發明的其它方面涉及一種水處理體系，包括所要處理的水源，和 包括第一消耗室和第二消耗室的電去離子設備，第一和第二消耗室分別 以平行流動構型流體連接至所要處理的水源上；和與第 一 消耗室離子連 通的第一濃縮室，和流體連接至第一濃縮室下遊的第二濃縮室。
本發明的其它方面涉及電去離子裝置，包括多個被設計成使液體在 其中沿著平行流動路徑流動的消耗室，和多個與至少 一 個消耗室離子連 通的濃縮室，其中至少部分濃縮室順次排列。
附圖簡要描述
附圖無意於按比例繪製。在附圖中，在各圖中顯示的每一相同的或 幾乎相同的元件用相同數字表示。為清楚起見，不是每一元件都可在每 一附圖中標記。
在附圖中
10圖l示意說明按照本發明一個或多個實施方案的包括至少一個隔絕
單元的電去離子裝置的一部分；
圖2示意說明按照本發明一個或多個實施方案，在其至少一個濃縮 室中具有層化介質床的電去離子裝置的 一部分；
圖3示意說明按照本發明一個或多個實施方案，包括至少一個具有 介質區的濃縮室的電去離子裝置的一部分；
圖4示意說明按照本發明一個或多個實施方案的處理體系的一部
分；
圖5示意說明按照本發明一個或多個實施方案的電去離子裝置的一 部分，它具有至少一個糹皮改變以在其它室中降低有效電阻(resistance) 或改善流分布(current distribution )的室；
圖6示意說明按照本發明一個或多個實施方案的電去離子裝置的一 部分，它在其至少一個濃縮室中具有增加的有效流速；
圖7A和7B示意說明按照本發明一個或多個實施方案的電去離子裝 置的一部分，包括包含具有不同尺寸的樹脂珠粒的室；和
圖8顯示水流的Langelier飽和指數值相對水流溫度的關係；
圖9A和9B示意說明按照本發明一個或多個實施方案的電去離子設 備中的濃縮和消耗室單元對，其中圖9A顯示的室包含介質層，圖9B顯示 的室包含介質的層和區；和


圖10顯示按照本發明一個或多個實施方案的電去離子裝置的性能。
詳糹田描述
本發明提供電驅動分離裝置，例如但不限於填充室電去離子(CEDI) 設備，如例如公開於U.S.專利4,632，745、 6,649,037、 6,824,662和7,083,733 的那些，分別在此作為參考併入本發明。尤其是，實現本發明的一個或 多個方面的實施方案在某些情況下可特徵在於具有形成水垢的較低潛
方案而呈現，但本發明的這些方面可在可有助於處理具有至少一種非所 需物質的流體的其它電驅動或驅動的分離裝置中實施。尤其，本發明的 相關方面可包括用於從水流或水體中處理或去除至少一種溶解物質的 電去離子裝置。因此，本發明的各方面可有利地提供被構造或操作以處 理具有高水垢潛在性的水的電去離子裝置。本發明的一個方面可在圖l所示的示例性實施方案中實施，其中示
意地顯示電去離子裝置100的一部分。該電去離子裝置通常包括至少一 個濃縮室112和至少一個消耗室114,它們構成單元對115並相互離子連 通，且優選與陽極室120和陰極室122離子連通和位於兩者之間。在本發 明的有利實施方案中，該電去離子裝置可進一步包括至少一個可捕集遷 移物質的隔絕單元130。例如，電去離子裝置100可具有相鄰於陽極室120 和陰極室122的隔絕或中間單元(neutral cell) 130和132。隔絕單元通常 為電極室提供緩衝區以隔離或防止物質形成局部水垢。電去離子裝置通 常產生氳氧化物離子，可在局部化區域，尤其在對電解反應導電的點或 表面上升高pH。這些局部化區域，或甚至在電極室處，通常具有明顯大 於液體本體的pH條件。因為隔絕單元可用於在處理水的過程中將這些高 pH區域與從一個或多個消耗室傳輸的成垢物質隔開，從而抑制或至少降 低水垢形成的潛在性。如圖l示例性說明，電去離子裝置100可包括隔絕 單元130,其將至少一種可沉澱組分，如Ca2、與貢獻於水垢形成的組分， 如OH-離子，分離。通常， 一個或多個隔絕單元130可至少部分地由允許 陰離子物質如OH—遷移並同時抑制陽離子物質進一步遷移到相鄰室中的 陰離子選擇性膜140A限定。按照所示，隔絕單元130可相鄰於濃縮室112 設置。 一個或多個這些隔絕單元也可進一步部分被陽離子選擇性膜140C 限定。這樣，例如，可抑制可沉澱化合物的組分，如Ca2、進入通常因 為氫氧化物物質生成而具有高pH局部區域的室，如電極室120。
本發明其它實施方案可包括分隔中性或弱電離、或至少可電離物 質，如，但不限於矽石，Si02的隔絕單元。矽石可從本體液體中沉澱， 如果濃度足夠高或其中發生pH改變，如從高pH改變至中性pH時。在電 去離子裝置中，矽石通常在其電離態，在高pH下被去除。可設置一個或 多個隔絕單元132以離子分隔電去離子裝置IOO的陽極室122，其中生成 氬離子和因此可在其中具有低或中性pH液體流動。在矽石通過陰離子選 擇性膜14 0 A從消耗室114遷移到濃縮室112之後，它被在其中包含高pH 液體流動的隔絕單元132捕獲和被抑制進一步遷移到具有中性或近中性 pH的低或中性pH室中，從而降低聚合成矽石水垢的可能性。單元132, 如單元130—樣，可至少部分地被陽離子選擇性膜140C和陰離子選擇性 膜140A限定。隔絕單元132可因此用於捕集pH-可沉澱物質和防止或至少 抑制這些物質的沉澱。隔絕單元132也可至少部分地包含陰離子交換介
12質和陽離子交換介質或兩者的混合物。另外， 一個或多個隔絕單元可進 一步包含可有助於電去離子裝置的組裝或在例如裝置操作過程中提供 理想的特性如電阻或流動分布的惰性介質或其它填料材料。同樣，濃縮 室、消耗室和電極室中的一個或多個可至少部分地包含陰離子和陽離子 交換介質的混合物。確實，在濃縮室和電極室中的陰離子和陽離子交換 介質的混合物可通過促進可沉澱物質傳輸離開選擇性膜而進一步降低 結垢潛在性，這避免了在使用單 一種類活性交換介質的室或室的區域中 可能發生的離子物質的聚集。
在本發明的一些實施方案中，陽極室可至少部分地包含基本上由耐 氧化基材組成的介質。因此，例如，耐久性的高度交聯離子交換樹脂， 如市售陽離子樹脂，可用於其中可存在氧化環境的陽極室。另外，陽離
子交換樹脂在用於陽極室時可防止或抑制氯根離子傳輸至陽極表面，這 些物質在陽極表面可被轉化成氧化性氯。
本發明裝置可處理硬度大於l mg/L (以CaC03計)和/或矽石含量大 於lmg/L的水，或兩者。因此，本發明的裝置和技術不限於常規操作限 制，如果用於處理體系，可省去至少一個意欲軟化所要處理的水或去除 矽石的單元操作。這有利地可降低資本和操作成本，同時提高處理體系 的可靠性和可用性以及容量。例如，包括一個或多個本文所述電去離子 設備的本發明處理體系可無需雙程反滲透(RO)子體系而處理水，同時 與採用雙程RO設備以在電去離子設備之箭去除或降低造成硬度的組分 和矽石的濃度的體系相比提供具有相同或相當質量的水。
本發明的其它方面可包括電去離子裝置，其包括至少一個消耗室和 /或至少一個其中包含層化介質的濃縮室。例如，電去離子設備100的一 個或多個消耗室112可包括第一顆粒層112A,其至少部分包含有助於第 一目標、通常是電離物質的傳輸或遷移的活性介質。消耗室112可進一 步包括第二層112B，其至少部分地包含有助於第一目標物質和第二目標 物質或兩者傳輸的活性介質。第 一層112A可包含具有第 一有效直徑的顆 粒，第二層112B可具有具有第二有效直徑的顆粒。進一步的實施方案可 包括在消耗室112中的第三層112C。第三層112C可具有活性或惰性介質， 或兩者的混合物，該介質具有第三有效直徑。有效直徑可以是顆粒的最 小尺寸。或者，有效直徑可以是全體顆粒的平均直徑和是具有可比的體 積和表面積的類似球的計算直徑。例如，層中的顆粒的有效直徑可以是顆粒體積與顆粒表面積的比率的函數或顆粒的最小尺寸的平均值。在優 選的構型中，下遊層中的顆粒的有效直徑低於上遊層中的顆粒的有效直
徑。例如，構成層112C的顆粒可以是球形顆粒，其有效直徑大於構成層 112B的顆粒的有效直徑。視需要，構成層112A的顆粒的有效直徑可大於 層112B或112C中的顆粒的有效直徑。 一個或多個濃縮室可被類似層化。
在一個優選實施方案中，上遊層中的顆粒的有效直徑至少是下遊層 顆粒之間間隙的尺寸。在其它的實施方案中，上遊顆粒的有效直徑或最 小尺寸低於確定消耗室112出口埠的分配器160的孔的最小尺寸。分配 器160可以是用於將介質保留在室內的篩網。因此，包含介質的消耗室 和濃縮室分別可具有至少一個分配器，使得流體從中流過，同時保留介 質和其尺寸得以保留上遊層中的顆粒的介質層。
通常設計分配器的孔或開口以保留具有直徑約500 ium至約700 |Lim 的樹脂。採用本發明構型，可以使用尺寸小於孔尺寸的陰離子和陽離子 交換樹脂，這改善了經過該裝置時的傳質動力學。另外，較小離子交換 樹脂可提高在室內的填充和減少沿著室壁通道化或旁路流動的可能性。 緊密堆積的球或幾乎球形顆粒的間隙空間是球半徑的約0.414倍。因此， 上遊樹脂的有效直徑優選不低於這種尺寸。例如，有效直徑約62 iiim至 約83 lum的細網孔樹脂珠粒可用於具有約300 ium至約400 jum直徑的樹脂 珠粒的層的上遊層。任何層可佔室的任何合適的分數。上遊層的深度可 取決於所需性能的提供。另外，有利的構型考慮到將具有較小有效直徑 或尺寸的陽離子樹脂珠粒與較大陰離子樹脂珠粒一起使用以有助於陽 離子遷移活性。值得注意的排列不限於使用活性樹脂作為下方的下遊介 質，且本發明可在一個或多個下遊層中採用惰性介質而實施。
層之間的界面可形成小和大樹脂珠粒的梯度。因此，層之間的邊界 無需特別描繪。另外，其它構型可包括細網孔樹脂珠粒與較大樹脂的混 合物。
本發明的另一方面可包括電去離子裝置，其包括至少一個其中包含 層化介質的濃縮室。如圖2所示，電去離子設備200可具有至少一個濃縮 室214和至少一個消耗室212。至少一個濃縮室214可具有第一層215和第 二層216。在處理相對較純的水，如RO滲透物，的電去離子設備中，電 流效率通常低於100%,這據信是因為水分裂和所生成的氫和羥基離子的 傳輸。這可產生局部pH波動和可促進水垢形成，尤其在羥基物質與碳酸氫根物質或二氧化碳反應形成碳酸根離子從而形成碳酸鈣水垢的地方。 例如，在典型電去離子裝置中，碳酸氫根離子轉移通過靠近室入口
的陰離子交換膜，但可被抑制從膜中進一步遷移。如果發生水分裂，傳
輸通過陰離子交換膜的羥基物質可與碳酸氫根物質反應形成碳酸根，碳
酸根隨後與鈣反應形成碳酸鈣水垢。
通過在一個或多個濃縮室中採用層，目標物質可被導向其中它們不
太容易形成水垢的場所。如圖2所示，陰離子交換介質的層215可置於濃 縮室214的入口周圍，以促進碳酸氫根物質的遷移。在碳酸氫根物質傳 輸通過陰離子交換膜240A之後，它被促進通過層215的陰離子樹脂和移 向陽離子選擇性膜240C。即使有硬度離子通過陽離子選擇性膜240C,該 膜周圍的流體的pH也相對較低，這減少了形成碳酸鹽的可能性。
消耗室212和濃縮室214的其它一個或多個層216可包含混合的陰離 子交換和陽離子交換介質。
為了進一步降低或抑制水垢形成，介質層可沿著濃縮室的流動路徑 長度設置。如圖3所示， 一個或多個濃縮單元可至少部分地包括離子交 換介質的第一區314A和離子交換介質的第二區314B。第一和第二區可沿 著室的長度線性分布(如邊界350所表示)或可以是區315C和315D中的 遞增或遞減量的各種離子交換介質的梯度和被梯度邊界351描繪。第一 或第二區可包含陰離子交換介質或陽離子交換介質，或由或基本上由陰 離子交換介質或陽離子交換介質構成。例如，區314A可包含陽離子交換 介質以使包含陰離子交換介質的區314B與陽離子選擇性膜340C基本上 隔離。基本上隔離是指，在某些情況下，位於區和膜之間以使得隔離區 包含某種類型的介質或由某種類型的介質構成，該介質可以是陰離子、 陽離子或惰性的。
在某些情況下，第一區或第二區可以是不同量的各種離子交換介質 的混合物。例如，區315C可包含相鄰於陽離子選擇性膜340C的陽離子交 換介質，或由或基本上由該介質構成，區315D可包含陰離子交換介質， 或由或基本上由該介質構成，其中陰離子交換介質的量相對陽離子交換 介質的量沿著流動路徑長度或長度方向尺寸增加或下降，使得區之間的 邊界由梯度邊界351確定。在另一實施方案中，第三介質區(未示)可 位於第一和第二區之間。第三區可包含惰性介質、陽離子交換介質、陰 離子交換介質、混合介質或其混合物，或由或基本上由上述介質構成。
15另外， 一個或多個篩網可在區之間或在區內使用以有助於填充該裝置的 室，這在操作過程中也可改善流動分布和進一步抑制水垢形成。通過採 用粘結劑固定每一區的介質也可有利於組裝和填充。例如，第一區的介 質可與水溶性粘結劑如澱粉混合。混合物可隨後被放入室中。第二區的 介質的第二混合物可類似製備和設置在室中。
區314B有助於陰離子物質，如碳酸氫根離子傳輸離開陰離子選擇性 膜340A,區315C有助於陽離子物質，如鈣離子傳輸離開陰離子選擇性膜 340C。這些隔離區因此降低在膜表面周圍水垢形成的可能性。
如圖3所示，消耗室可包括第一介質層312A,第二介質層312B,和， 視需要，第二介質層312C。第一層可包含陰離子交換介質、陽離子交換 介質或惰性介質的混合物。第二層可包含陰離子交換介質或惰性介質或 其混合物或由其組成或基本上由其組成。第三層可包含陰離子交換介 質、陽離子交換介質、惰性介質或其混合物或由其組成或基本上由其組 成。
本發明的其它方面包括改變在電去離子裝置的至少一個濃縮室中 流動的物流的pH的體系和4支術。物流的pH可通過產生和向 一 個或多個 濃縮物和電極室中加入酸性溶液而被降低，以減少水垢形成的可能性。 酸性溶液可通過採用電解組件而產生或製備。進一步，水垢抑制或耐受 性可通過濃縮物液體的脫氣而實現。可以使用任何酸產生組件，如可購 自加利福尼亞州Sunnyvale的Dionex公司的那些。
通常，電去離子設備可處理具有低硬度的液體。這一限制將加料到 電去離子設備的進料水限定至l ppm或更低的硬度水平，以碳酸釣計。 為了處理硬度值大於l ppm的水，必須使用預處理工藝如雙程RO或RO 後軟化劑。附加的預處理單元操作增加體系複雜性和成本以及廢物。但 本發明電去離子設備可可靠地處理具有較高硬度的水，從而消除或降低 對這些預處理操作的依賴性。
已知將酸性溶液加入電滲析設備的濃縮室以減少釣沉澱；但實際上 不將酸性溶液加入電去離子設備，因為濃縮物室、尤其厚單元室中的物 流流速低。另外，通常需要高量的酸。如圖4所示，本發明的處理體系 400可包括電化學設備435來生成被引入設置成從源411接收所要處理的 水的電去離子設備445的室、通常是濃縮室414的酸溶液。來自電去離子 設備445的一部分處理產品水可用於促進在電化學設備435的酸生成室
16472中產生酸溶液。至少一部分處理水可被傳送至使用點413。來自例如 軟化劑鹽水罐的包含鹽的鹽水溶液的源462可^皮引入電解組件435以促 進酸溶液生成。電化學設備435可以是電去離子設備445的一部分。鹽水 溶液通常包含氯化鈉。
在某些情況下，酸性溶液可被引入電去離子設備445的一個或多個 消耗和濃縮室412和414以及電極室。優選，酸性溶液的加入量使得離開 所述室的離去物流溶液的pH介於約2.5至4.3個單位之間。進一步的實施 方案可包括中和來自電去離子設備445的一個或多個物流。例如由電解 組件435的室472生成的鹼性溶液可被合併以中和濃縮室414的通常具有 低pH的出口物流，然後排放至排放口463或環境。
用於去除二氧化碳的濃縮物物流脫氣可進一步降低或消除濃縮室 中的沉澱潛在性。脫氣可通過加入脫氣設備或通過膜工藝或其它方法而 實現。如果在濃縮室中採用酸性溶液，脫氣可以是相關的，因為有可能 形成可向回擴散通過膜和降低產品質量的二氧化碳氣體。另外，物流在 室中的流動可以是逆流的以有助於氣體去除。
使用泵和視需要使用罐再循環濃縮物室可通過本文所述的酸化和 脫氣技術而進一步增強水垢抑制作用。
本發明的元件、設置和技術還提供在電去離子設備中改進的電流分 布。如圖5示意說明，通過電去離子裝置500在電才及520和522之間的電阻 可表徵為一系列室電阻573、 575和577,它們4戈表消4毛和濃縮室512和 514,和表徵為膜電阻584、 586和588，它們代表陰離子選擇性膜540A和 陽離子選擇性膜540B。貫穿電去離子裝置500的改進的電流分布可通過 採用至少一個其至少部分的有效電阻580大於其它室如濃縮室的有效電 阻的濃縮室516而實現。
室或其部分的有效電阻可逸過在濃縮室內混合惰性樹脂珠粒或低 導電或非導電材料而改變。選擇性地增加有效電阻實現了通過其它室的 更均勻的電流分布。減少貫穿消耗室的電流的變化例如會提高總體性 能。
在電去離子設備中，電阻可取決於該設備中的介質的種類以及這些 介質的活性化學形式，即，何種離子正移動通過介質。在層化床室中， 電阻通常在不同層間變化，由於樹脂的種類和樹脂的形式不同。通常， 強帶電物質或離子被激發，隨後發生水分裂現象和弱離子推進。因此，
17靠近室的入口的介質樹脂會與加料水中的目標物質交換，而靠近出口的 介質大多數是氬和氫氧化物形式。通常，大多數強帶電離子必須被去除， 如果加料濃度和/或流動足夠高或如果電流足夠低，這可能不會實現。
如果室中的電阻可在室中的層之間或沿著床的長度而變化，那麼電 流密度也可因此改變。但通過整個組件的電阻可能不僅取決於消耗室的 電阻。消耗室與膜和可或也可不沿著其長度發生電阻改變的濃縮室和電 極室電串聯。如果消耗室的電阻是通過組件的總電阻的一小部分，那麼 即使這種電阻顯著變化，總電阻會由其它因素決定和電流分布更均勻。 但如果消耗室電阻相比其它電阻高，則電流分布受到消耗室內的電阻差 異的影響。
典型電去離子設備結合有篩網填充的濃縮和/或電極室。在這些構型 中，水在這些室中的電阻在大多數情況下明顯大於樹脂在消耗室中的電 阻，因此，電流分布一般不受消耗室的電阻的控制。用樹脂填充濃縮和 電極室以及使用較低電阻離子交換膜明顯降低總體組件電阻。但在某些 情況下，這可導致不均勻的電流分布，因為組件電阻變為由消耗室的電 阻決定。
因此在本發明的 一些實施方案中，篩網填充的濃縮和電極室可儘量
最大程度減少不均勻的電流分布。但在大多數RO後應用中，水具有非常 低的導電率，導致高組件電阻。這種高電阻進一步產生限制，如果存在 電勢局限的話。相反，本發明無需將鹽水注入流入濃縮室的物流中而提 供相當性能，這樣降低操作成本和工藝複雜性。
可以注意到，在一個或多個濃縮和/或電極室中混合惰性樹脂作為填 料可增加在這些室中的電阻，這樣改善了通過組件的電流分布。如圖5 所示， 一個或多個濃縮室516可包含惰性樹脂以提供從中通過的較高有 效電阻580,這決定了其它室和膜的集合電阻。因為佔優勢的電阻控制 總電阻率，通過其它室的有效電流分布變得更均勻。惰性樹脂的量可被 改變以增加有效電阻和改變通過該裝置的電流分布。惰性樹脂也可用於 一個或多個濃縮和電極室中的層以局部增加其中稀釋電阻被確定為低 的某些部分中的電阻。因此，如圖5所示，通過區512的電流分布可通過 在室515中採用較高電阻率層使得室515的層的有效電阻573增加而匹配 或使之相當於通過裝置的區511的電流。電阻的量可經驗上可通過測量 相對惰性樹脂用量的有效電阻而確定。具有低導電率的其它材料，如聚合物篩網或纖維材料，可用於增加 沿著與惰性樹脂珠粒的電阻。
電去離子裝置可被限制至最大90-95%的回收率以防加料水中的有
限溶解度物質如硬度和矽石形成水垢。如果加料水包含非常低量的這些 物質，該設備應該能夠在較高回收率下操作。本發明的某些方面包括電 去離子裝置，它具有多個通過其濃縮室的途徑，從而提供回收率。多程
構型有助於保持預定的速度而無需再循環泵和迴路。但本發明可優選用 於具有再循環迴路的場合，其中加料水離子濃度低和需要非常高的回收
率以免浪費或排出高純度水和/或增加補充體系的操作時間。在本發明電 去離子裝置的一些實施方案中，流體流速足以降低產生死體積、通道化 和在室內局部過熱的可能性。例如，室中的所需流體流速可以是在濃縮
室中至少約2加侖/分鐘/平方英尺。其它流體流速可取決於其它因素，包 括但不限於沉澱化合物的組分的濃度，流體的溫度，和流體的pH。較低 速率可誘導通道化。
圖6示意說明電去離子裝置600的一部分，包括在電極室630和632之 間的消耗室614和濃縮室612。這種排列和構型在本發明的處理裝置和體 系中提供一個消耗室途經和相關的多個濃縮室途徑。這些構型使得可以 增加在濃縮室中的流體流速，優選最高提高至單程設備的流速的5倍。 如圖6所示，源615的水被順序引入濃縮室612和導向下遊濃縮室612B並 隨後至室612C和至排放口或至下遊單元操作625 。
所要處理的水被引入消耗室614和導向使用點而無需跟隨或追蹤通 過室612、 612A和612B的水的流動。但本發明不限制相對於消耗室體積 數的相關濃縮室體積數，濃縮室與消耗室的任何比率可用於提供通過室 的所需高流體流速。
混合層或室中的不同的尺寸陽離子和陰離子交換樹脂珠粒可用於 進一步降低較大珠粒抗衡離子的傳輸速率和有助於傳輸較小珠粒抗衡 離子。
離子傳輸通常通過離子交換樹脂而出現。成功的傳輸可因此取決於 珠粒和膜之間的類似物質的全部路徑。陽離子物質通常擴散到陽離子樹 脂珠粒上和往往跟隨陽離子介質的路徑移向陰極，直至它到達陽離子選 擇性膜和通入濃縮室。如果路徑中斷，陽離子物質必須從最後的珠粒擴 散出和進入本體溶液，因此降低了以後在床中將它拾起的機會和增加它在產品水中出現(endup)的機會。該路徑可因為填充不好使得珠粒不 具有良好的接觸而中斷，或它可因為珠粒帶相反電荷而中斷。
使用相對較薄單元或緊密填充樹脂可增加保持所需路徑的可能性。 採用具有類似和相對均勻尺寸的陽離子和陰離子交換樹脂也增加保持 所需路徑的可能性。但使用不同尺寸的陽離子和陰離子交換樹脂可阻斷 轉移。
在某些情況下，可有利地抑制陽離子或陰離子的傳輸。通過選擇性 地降低混合床中的 一種類型樹脂的尺寸，較小珠粒抗衡離子的轉移由於 更完全的路徑而被增強，而較大珠粒抗衡離子的轉移由於不太完全的路 徑而被延遲，因為隨著較小珠粒的尺寸接近較大珠粒的尺寸的某一分 數，較小樹脂珠粒往往填充在較大珠粒周圍，這分離和中斷從一個大珠 粒至下 一 個的路徑。該現象也可取決於大和小離子交換樹脂珠粒的相對 比率。例如，50體積％小珠粒的混合物對離子傳輸的影響明顯不同於25 體積％或75體積％小珠粒的混合物。
一旦介質的尺寸和混合比率被合適地選擇以減慢目標或所選類型 離子的傳輸和增加不同種類的傳輸，氫或羥基離子必須被轉移以保持電 中性。例如，如果基本上由陽離子樹脂組成的床用於如圖7A所示的消耗 室，陽離子物質會遷移通過陽離子交換樹脂珠粒731和陽離子膜740C進 入相鄰濃縮室。水會在陰離子選擇性膜740A的位766處分裂，產生氫離 子以替代消耗室中的遷移陽離子和產生羥基離子以遷移到相鄰的濃縮 室中和來自另一消耗室(未示)的陽離子物質遷移。該現象依賴於在陰 離子膜的表面上分裂水的能力，此處有較小的陰離子膜和陽離子珠粒之 間的接觸面積。採用較小陽離子交換樹脂珠粒733與較大陰離子交換樹 脂珠粒734，如圖7B所示，降低了陰離子物質的傳輸速率。另外，不同 樹脂珠粒尺寸的使用在陽離子交換樹脂733和陰離子交換樹脂珠粒734 之間的切線上提供附加的水分裂位766 ，這又通過降低通過組件的電阻 而提高性能。
例如，本發明電去離子裝置可包括含陰離子交換樹脂和陽離子交換 樹脂的混合物的室，所述陽離子交換樹脂的平均直徑為陰離子交換樹脂 的平均直徑的至少1.3倍。或者或另外，電去離子裝置可包括含陰離子交 換樹脂和陽離子交換樹脂的混合物的室，所述陽離子交換樹脂的平均直 徑為陰離子交換樹脂的平均直徑的至少1.3倍。實施例
本發明這些和其它實施方案的功能和優點可根據以下實施例進一 步理解，這些實施例說明本發明一個或多個體系和技術的益處和/或優點 但不例舉本發明的全部範圍。
實施例l
此實施例描述溫度對Langelier飽和指數(LSI)的影響。
本領域已知計算LSI值用於測定水垢形成的潛在性。LSI是pH,總溶 解固體(TDS),溫度，總硬度(TH),和鹼度的函數。對於電去離子裝 置的濃縮室物流的這些參數使用以下評估，相對LSI值的物流溫度可被 確定和代表性關係在圖8中給出，基於具有pH9.5個單位，TDS30卯m, TH15ppm,以CaC03計，和鹼度約25 ppm,以CaC03計的物流。
如果物流的LSI值是正的，往往發生結垢。為了抑制結垢，物流的 LSI值被降至優選為負值。圖8顯示，隨著溫度下降，LSI值在12.5。C左右 降至低於零。因此，對於上述的條件，將進入電去離子設備的濃縮室的 物流冷卻至低於12.5。C應該會降低或防止形成水垢的可能性。
冷卻可通過在電去離子裝置的上遊熱偶聯熱交換器或冷卻器而進 行。可以使用有助於從進入該裝置的一個或多個物流中去除熱能的其它 元件和子體系。例如， 一個或多個傳感器和控制器可用於確定溫度控制
迴路和促使將物流溫度保持至目標溫度或甚至將有效LSI值降至所需或
目標量。
目標溫度可通過確定將要被引入電去離子設備濃縮室的物流的溫 度而經驗地確定，或至少部分地基於計算出的LSI值而計算。例如，經 驗確立的目標溫度可以是在有或沒有其它邊界的情況下歷史上沒有觀 察到結垢的溫度以確保結垢被進一步抑制。LSI基目標溫度可基於衍生 的LSI-溫度關係而確定，隨後計算與LSI值的設定下降相關的目標溫度。
實施例2
在該實施例中，研究樹脂珠粒尺寸對按照本發明的一個或多個方面 的電去離子裝置的性能的影響。
在一個試驗中，電去離子組件通過在消耗室中使用平均珠粒直徑 575 pm的陰離子樹脂和平均珠粒直徑350 pm的陽離子樹脂的等份混合 物而構建。這些樹脂都具有根據工業標準的均勻顆粒尺寸。
組件被加入事先用反滲透處理和包含約0.5 ppm Mg和1.5 ppm Ca
21(都以CaC03計)且pH約6.1的水。組件在幾乎100%電流效率下操作， 產品質量是約l-2MD-cm,沒有幾乎零的矽石去除。
產品水硬度水平低於通過Hach分光光度計(<10 ppb)測定的檢測 值且pH被降至約5.7。這表明，該組件正優先去除陽離子而非陰離子。 實施例3
在該實施例中，研究按照本發明 一個或多個方面在其室中具有不同 珠粒尺寸的幾層的電去離子裝置對性能的影響。
組件通過在消耗室中使用三層離子交換樹脂而構建。第一和最後層 由具有均勻顆粒直徑約600 pm的陽離子和陰離子樹脂的均勻混合物組 成。中間層由具有顆粒直徑150-300 pm的陽離子交換和陰離子交換樹脂 的均勻混合物組成。組件隔片具有在流分配器中的狹槽，用於將樹脂固 定就位，其寬度為254iiim。組件在沒有改變壓降的情況下操作幾個月， 表明中間層中 一 些小於隔片孔的樹脂沒有通過樹脂底層和離開組件。
另外，較小樹脂的中間層的加入提高了相當電去離子設備，對照組 件，的性能。該組件與另一電去離子組件平行操作，後一組件的室包含 顆粒直徑約600 pm的陽離子交換和陰離子交換樹脂的均勻混合物。使用 事先用反滲透處理的具有導電率約30 luS/cm和包含3.75 ppm 002的加料 水，包含較小離子交換樹脂的層的組件生成電阻率16.4Mn-cm的水，而 沒有較小離子交換樹脂的層的另 一典型組件則生成電阻率13.5 MQ-cm 的水。另外，包含較小交換樹脂的層的組件顯示出96.6%的矽石去除， 而對照組件是93.2%。
實施例4
在該實施例中，研究帶有通過其濃縮室的幾個或多個行程的電去離
子裝置對性能的影響。
電去離子組件由四個消耗室，三個濃縮室，和兩個電極室組裝。
所有的消耗室被相互平行地加料以所要處理的水。
濃縮室和電極室被串聯加料使得被引入濃縮室的物流首先進入陰
極室，隨後順序流動通過濃縮室和最後通過陽極室。這不同於常規構型，
其中水流通常被加料到電極室，同時水流進入濃縮室。組件因此具有五
個有效濃縮室途徑。
該組件的數據(標為"系列濃縮物")以及使用平行流動操作的標準
組件的性能數據(標為"平行濃縮物")在下表l中列出。數據表明，通過順序設置物流以流過濃縮和電極室，流體流速類似於在明顯較低的不合 格流速下的操作時。因此可在濃縮物中保持最低速度同時得到非常高的 回收率。
表1具有單程濃縮物的組件與具有五個行程的組件的比較。
組件平行濃縮物系列濃縮物
力口泮牛，|uS/cm30.330.3
電阻，歐姆4.34.2
產品質量，MQ-cm3.13.6
產品流動，gpm2.252.25
濃縮物流動，gpm7.21.2
回收率，％94.999.1
濃縮物速度，gpm/ft22.01.7
實施例5
在該實施例中，研究濃縮室中帶水平和垂直層的電去離子裝置對性 能的影響。
兩個組件使用如圖9A和9B所示的不同的層構型組裝。每一組件由四 個被分別示出的重複單元對組成。在圖中，"MB"是指混合物或樹脂；"A" 和"C"分別是指包含陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂的區或層； "AEM"和"CEM"是指陰離子選擇性膜和陽離子選擇性膜。組件分別使用 具有導電率約IO fiS/cm和包含2 ppm總硬度(以碳酸鈣計)的加料水操 作2和3周。
在該時間之後，將它們打開，沒有觀察到水垢。相反，在消耗和濃 縮室中包含混合床樹脂的非層化組件在相同的加料水操作2周之後在濃 縮物中的陰離子膜上出現水垢。
實施例6
在該實施例中，研究在其室中帶垂直層以及加有酸性溶液的電去離 子裝置對性能的影響。
三組件被組裝成在濃縮室中有水平層化和在濃縮室中沿著流動路 徑長度有垂直取向的區或層。另外設置隔絕單元相鄰於兩個電極室。組
23件使用包含約2 ppm總硬度的RO後加料水操作90天。將酸性溶液注入濃 縮室，注入速率使得離開濃縮室的水流的pH為約2.5 - 3.5 。
圖10給出了在整個90天中穩定的性能。在圖中，"FCE"是指加料導 電率當量，其通過將實際的加料導電率(pS/cm)加上加料二氧化碳 (ppm)乘以2.67和加料矽石(ppm)乘以1.94而計算；"加料TH"是指加 料總硬度。
本發明體系的控制器可使用 一個或多個計算機體系而實現。計算機 體系可以是，例如，通用計算機如基於Intel PENTIUM⑧型處理器， Motorola PowerPC 處理器，Sun UltraSPARC 處理器，Hewlett-Packard PA-RISC⑧處理器，或任何其它類型處理器或其組合的那些。或者，計 算機體系可包括特殊程序化的特殊用途硬體，例如，應用專用型集成電 路(ASIC)或預期用於分析體系的控制器。
計算機體系可包括通常連接至一個或多個儲存器設備上的 一個或 多個處理器，其可包括，例如，任何一種或多種磁碟驅動器內存，快閃記憶體 器設備，RAM儲存器設備，或用於儲存數據的其它設備。儲存器常用於 在處理體系和/或計算機體系操作過程中儲存程序和數據。軟體，包括實 施本發明實施方案的編程代碼，可被儲存在計算機可讀和/或可寫非易失 性記錄介質上，並隨後通常被複製到儲存器中，其中它可隨後被處理器 執行。計算機體系的元件可通過互連機理而連接，其可包括一個或多個 總線(如集成在同一設備內的元件之間)和/或網絡(如在位於不同離散 設備上的元件之間)。互連機理通常能使計算機體系的元件之間交換信 息(如，數據，指令)。計算機體系也可包括一個或多個輸入設備，例 如鍵盤，滑鼠，光標球，麥克風，觸屏，和一個或多個輸出設備，例如， 印刷設備，顯示屏，或揚聲器。另外，計算機體系可包含一個或多個界 面，其可將計算機體系連接至通信網絡上(除可通過計算機體系的一個 或多個元件形成的網絡之外或作為其替代)。
根據本發明一個或多個實施方案， 一個或多個輸入設備可包括用於 測量參數的傳感器。或者，傳感器，計量閥和/或泵，或所有的這些組件， 可被連接至操作性連接至計算機體系上的連通網絡上。控制器可包括一 個或多個計算機儲存介質如可讀和/或可寫非易失性記錄介質，其中可儲 存用於確定被一個或多個處理器執行的程序的信號。儲存介質可例如是 磁碟或快閃記憶體。儘管計算機體系可以是可實現本發明各方面的一種類型的計算機體系，但應該理解，本發明不限於在例舉給出的軟體或計算機體 系上實現。確實，代替在例如通用計算機體系上實施，控制器或其元件 或分部可另外作為專用體系或作為專用可編程邏輯控制器(PLC)或在 分配的控制體系上使用。另外，應該理解，本發明的一個或多個特點或 方面可在軟體，硬體或固件，或任何其組合中實現。例如，可被控制器 執行的算法的 一個或多個部分可在不同的計算機上進行，這些計算機又 可通過一個或多個網絡連通。
本領域熟練技術人員應該理解，本文所述的參數和構型是示例性 的，實際的參數和/或構型取決於使用本發明體系和技術的特定場合。本 領域熟練技術人員還應該認識到或能夠至多使用常規實驗確認本發明 特定實施方案的等同物。因此，本文所述的實施方案要理解為僅作為例
子而給出，而且在所附權利要求及其等同物的範圍內；本發明可以特意 描述之外的其他方式實現。
另外還應該理解，本發明涉及每一本文所述的特點，體系，子體系， 或技術和兩個或更多個本文所述特點，體系，子體系，或技術的任何組 合，只要這些特點，體系，子體系，和技術相互不矛盾，那麼兩個或多 個特點，體系，子體系，和/或方法的任何組合被認為在權利要求所體現 在本發明範圍內。另外，在涉及一個實施方案時討論的行為，元件，和 特點無意於被排除在其它實施方案中類似角色之外。
本文所用的術語"多個"是指兩個或更多個物項或元件。無論在說明 書或權利要求等部分中，術語"包含"、"包括"、"攜帶"、"具有"、"含有" 和"涉及"都是開放式術語，即意味著"包括但不限於"。因此，這些術語 的使用意味著包括在其後列出的項目及其等同物，以及其它的項目。僅 轉變詞語"由…組成"和"基本上由…組成"在涉及權利要求時分別是封 閉或半封閉轉變詞語。權利要求中用於修飾權利要求要素的序數術語如 "第一"、"第二"、"第三"和類似術語本身不意味著任何優先，先後次序， 或一個權利要求要素相對另一要素的順序或其中進行一種方法的行為 的臨時順序，而是僅作為標記用於將具有某一名稱的一個權利要求要素 區別於具有相同的名稱的另一要素(但為了使用序數術語)以區分這些 權利要求要素。
2006年6月22日遞交的題為ENHANCED HARDNESS TOLERANCE OF CEDI MODULES的U.S.臨時專利申請系列No.60/805,505和2006年6月22日遞交的題為METHODS TO REDUCE SCALING IN EDI DEVICES 的U.S.臨時專利申請系列No. 60/805,510在此作為參考併入本發明。
權利要求
1. 具有陽極室和陰極室的電去離子裝置，其包括位於陽極室和陰極室之間的第一消耗室；與消耗室離子連通的濃縮室；與濃縮室離子連通的第二消耗室；和位於第一消耗室以及陽極室和陰極室中至少一個之間並與它們離子連通的第一隔絕單元。
2. 權利要求l的電去離子裝置，其中第一隔絕單元至少部分由相鄰 於第 一 消耗室設置的陽離子選擇性膜確定。
3. 權利要求2的電去離子裝置，其中第一隔絕單元至少部分由陰離 子選擇性膜確定並相鄰於陰極室設置。
4. 權利要求3的電去離子裝置，其中第一隔絕單元包含含有陰離子 交換介質和陽離子交換介質的混合物的介質層。
5. 權利要求4的電去離子裝置，其中陰極室包含陰離子交換介質和 陽離子交換介質的混合物。
6. 權利要求l的電去離子裝置，進一步包括與第二消耗室離子連通 的第二隔絕單元，其中第二隔絕單元位於陽才及室和第二消耗室之間。
7. 權利要求6的電去離子裝置，其中第二隔絕單元至少部分由相鄰 於笫二消耗室設置的陰離子選擇性膜確定。
8. 權利要求7的電去離子裝置，其中第二隔絕單元進一步包含相鄰 於陽極室設置的陽離子選擇性膜。
9. 權利要求8的電去離子裝置，其中第二隔絕單元包含含有陰離子 交換介質和陽離子交換介質的混合物的介質層。
10. 權利要求8的電去離子裝置，其中陽極室包含陽離子交換介質。
11. 電去離子裝置，其包括消耗室；和與消耗室離子連通的第一 濃縮室，其至少部分由陰離子選擇性膜和陽離子選擇性膜確定，所述第 一濃縮室至少部分包含通過基本上由陰離子交換介質構成的第二區基 本上與陰離子選擇性膜分開的基本上由陽離子交換介質構成的第 一 區。
12. 權利要求ll的電去離子裝置，進一步包括與消耗室離子連通的 第二濃縮室，所述第二濃縮室至少部分由陽離子選擇性膜和陰離子選擇性膜確定且包含含離子交換介質的第一部分和含離子交換介質的第二 部分，該第一和第二部分分別部分填充第二濃縮室的縱向片段。
13. 權利要求12的電去離子裝置，其中第一部分主要由陽離子交換 介質組成並相鄰於第二濃縮室的陽離子選擇性膜設置。
14. 權利要求13的電去離子裝置，其中笫二部分基本上由陰離子交 換介質組成並通過陽離子交換介質的第 一部分與第二室的陽離子選擇 性膜基本上隔開。
15. 權利要求ll的電去離子裝置，其中第一和第二濃縮室中的至少 一個進一步包含電化學惰性介質。
16. 權利要求ll的電去離子裝置，進一步包括與第一濃縮室的入口 流體連通的酸性溶液源。
17. 權利要求ll的電去離子裝置，其中陽離子交換介質包含弱酸陽 離子交換樹脂。
18. 權利要求ll的電去離子裝置，其中陰離子交換介質包含弱鹼陰 離子交換樹脂。
19. 電去離子裝置，包括 消耗室；與消耗室離子連通的第 一濃縮室，所述第 一濃縮室包含具有第 一有 -丈電阻的介質；和與消耗室離子連通的第二濃縮室，其中一部分第二濃縮室包含具有 大於第一有效電阻的第二有效電阻的介質。
20. 權利要求19的電去離子裝置，其中至少一部分第二濃縮室的有 效電阻為第一有效電阻的至少2倍。
21. 權利要求19的電去離子裝置，其中第二濃縮室包含惰性介質。
22. 電去離子裝置，其包括消耗室；和與消耗室離子連通的濃縮 室，所述濃縮室包含陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂的混合物，其中 陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂在混合物中的量相對於濃縮室的流 動路徑長度而變化。
23. 權利要求22的電去離子裝置，其中陰離子交換樹脂的相對量沿 濃縮室的流動^^徑而增加。
24. 權利要求22的電去離子裝置，其中陽離子交換樹脂的相對量沿 濃縮室的流動路徑而增加。
25. 具有至少一個室的電去離子裝置，所述室的至少一個出口埠 由具有多個孔的分配器確定，該裝置包括以離子選擇性膜為界的室中 的第一層顆粒，所述顆粒包含具有低於所述孔的最小尺寸的第一有效直 徑的介質；和在第一層下遊的室中的第二層顆粒，所述第二層顆粒具有大於所述第一有效直徑和大於所述孔的最小尺寸的第二有效直徑。
26. 權利要求25的電去離子裝置，進一步包括位於第一層顆粒上遊 的第三層顆粒。
27. 權利要求26的電去離子裝置，其中第三層所含的顆粒具有與第 二層的顆粒大約相同的有效直徑。
28. 權利要求25的電去離子裝置，其中第二層包含離子交換樹脂。
29. 權利要求25的電去離子裝置，其中第一層包含離子交換樹脂。
30. 權利要求25的電去離子裝置，其中第三層包含離子交換樹脂。
31. 電去離子體系，包括所要處理的水源；包括消耗室和濃縮室 的處理組件，該處理組件流體連接至所要處理的水源上；包括酸生成室 的電解組件，該電解組件流體連接在濃縮室的上遊；和流體連接至電解 組件的酸生成室的入口的鹽水溶液源。
32. 權利要求31的電去離子裝置，其中消耗室的出口流體連接至酸 生成室的入口 。
33. 權利要求32的電去離子裝置，其中電解組件進一步包括與酸生 成室離子連通的鹼生成室。
34. 權利要求33的電去離子裝置，其中濃縮室的出口流體連接至鹼 生成室的出口 。
35. 電去離子裝置，其包括含陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂的 混合物的室，所述陰離子交換樹脂的平均直徑為陽離子交換樹脂平均直 徑的至少1.3倍。
36. 電去離子裝置，其包括含陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂的 混合物的室，所述陽離子交換樹脂的平均直徑為陰離子交換樹脂平均直 徑的至少1.3倍。
37. 水處理體系，包括 所要處理的水源；包括多個濃縮和';肖耗室並流體連接至所要處理的水源的電去離子裝置；與要被引入電去離子裝置的至少一個濃縮室的水熱連通的冷卻器； 被設置成提供要被引入濃縮室中的水和離開濃縮室的水中的至少 一種水的溫度顯示的傳感器；和被設計成接收所述溫度顯示和產生促進冷卻要被引入濃縮室中的水的信號的控制器。
38. 權利要求37的水處理體系，其中控制器被設計成調節要被引入 濃縮室中的水的溫度至目標溫度。
39. 權利要求38的水處理體系，其中控制器被設計成計算被引入濃 縮室的水和離開濃縮室的水中的至少 一種水的有效Langelier飽和指數(LSI)值，並至少部分基於所計算的LSI值得出目標溫度。
40. 電去離子裝置，包括至少部分由陽離子選擇性膜和陰離子選 擇性膜確定的消耗室；和至少部分由陰離子選擇性膜確定並包含第 一層 陰離子交換介質和位於笫 一層下遊的第二層介質的濃縮室，所述第二層 包含陰離子交換介質和陽離子交換介質。
41. 權利要求40的電去離子裝置，其中第二層包括通過包含陰離子 交換介質的第二區基本上與陰離子選擇性膜隔開的包含陽離子交換介 質的第一區。
42. 權利要求40的電去離子裝置，其中第二層位於第一層的下遊。
43. 在具有消耗室和濃縮室的電去離子裝置中處理水的方法，包括 測量濃縮室中的物流的溫度、要被？ I入濃縮室中的物流的溫度和離開濃 縮室的物流的溫度之一；降低要被引入濃縮室中的水的溫度至預定溫 度；將所要處理的水引入消耗室；和去除電去離子裝置中所要處理的水 中至少 一部分的至少 一種非所需物質。
44. 權利要求43的方法，進一步包括將要被引入濃縮室的物流的溫 度保持在目標值。
45. 權利要求44的方法，進一步包括確定要被引入濃縮室的物流和 離開濃縮室的物流中的至少一種的Langelier飽和指數(LSI)值，和至少 部分基於所述LSI值而確定目標值。
46. 在電去離子裝置中處理水的方法，包括將具有陰離子和陽離 子物質的水引入電去離子裝置的消耗室；促進至少一部分陽離子物質傳 輸到位於消耗室和電去離子裝置的陰極室之間的第 一 隔絕單元中；和促進至少 一部分陰離子物質傳輸到位於消耗室和電去離子裝置的 陽極室之間的第二隔絕單元中。
47. 權利要求46的方法，其中促進傳輸至少一部分陽離子物質包括 抑制陽離子物質從笫一隔絕單元傳輸到陰極室中。
48. 權利要求47的方法，其中促進傳輸至少一部分陰離子物質包括抑制陰離子物質從第二隔絕單元傳輸到陽極室中。
49. 權利要求48的方法，進一步包括將至少一部分離開消耗室的水引入陰極室和陽極室中的至少一個中。
50. 權利要求46的方法，進一步包括保持通過濃縮室的流體流速大 於2加侖/分鐘/平方英尺。
51. 在具有消耗室和濃縮室的電去離子裝置中處理水的方法，包括 將所要處理的水引入電去離子裝置的消耗室中；促進非所需物質從消耗 室傳輸到電去離子裝置的濃縮室中，所述濃縮室包含笫 一層陰離子交換 介質和位於所述第一層下遊的第二層介質，所述第二層包含陰離子交換 介質和陽離子交換介質的混合物。
52. 處理水的方法，包括將所要處理的水引入電去離子裝置的消 耗室中，所述消耗室具有至少一層離子交換介質；和促進被引入消耗室 中的水的至少一部分陰離子物質從第一層離子交換介質傳輸到第一濃 縮室中，以生成具有第一中間質量的水，所述第一濃縮室至少部分由陰 離子選擇性膜和陽離子選擇性膜確定，所述第 一濃縮室至少部分包括通 過包含陰離子交換介質的第二區基本上與陰離子選擇性膜隔開的包含 陽離子交換介質的第一區。
53. 權利要求52的方法，進一步包括保持通過第一濃縮室的流體流 速大於2加侖/分鐘/平方英尺。
54. 在電去離子裝置中處理水的方法，包括將包含非所需物質的 所要處理的水引入電去離子裝置的消耗室中；促進非所需物質從消耗室 傳輸至電去離子裝置的濃縮室以生成處理水；在輔助組件中電解產生酸 溶液；和將至少一部分酸溶液引入濃縮室。
55. 權利要求54的方法，其中電解產生酸溶液包括將卣化物鹽溶液 引入輔助組件。
56. 權利要求55的方法，進一步包括在產生酸溶液的同時在輔助組 件中產生鹼性溶液。
57. 權利要求56的方法，進一步包括用所述鹼性溶液中和濃縮室的 出口物流。
58. 權利要求57的方法，進一步包括將一部分處理水與所述鹽水溶 液混合併將混合物引入所述輔助組件。
59. 權利要求58的方法，其中將酸溶液引入濃縮室包括將pH低於4.3的酸性溶液引入濃縮室。
60. 權利要求59的方法，進一步包括對濃縮室中的至少一部分液體進行脫氣。
61. 水處理體系，包括所要處理的水源；和包括第一消耗室和第 二消耗室的電去離子裝置，所述第 一 和第二消耗室以平行流動構型分別 流體連接至所要處理的水源；和與所述第一消耗室離子連通的第一濃縮 室和流體連接至第 一 濃縮室下遊的笫二濃縮室。
62. 權利要求61的方法，其中電去離子裝置進一步包括流體連接第 一濃縮室上遊的第一電極室。
63. 電去離子裝置，包括多個被設計成液體在其中沿著平行流動 路徑流動的消耗室；和多個與至少一個消耗室離子連通的濃縮室，其中 至少部分的濃縮室被順次排列。
64. 權利要求63的電去離子裝置，其中所述多個濃縮室確定通過所 述電去離子裝置的單個流動路徑。
全文摘要
公開了具有低水垢潛在性的電化學處理設備。該設備具有各種涉及層化的陰離子交換和陽離子交換的構型。該處理設備也可包含非均一粒度的離子交換樹脂珠粒和/或具有至少一個的室，該室提供導致貫穿該裝置的均勻電流分布的主要電阻。
文檔編號C02F1/469GK101472847SQ200780023054
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月22日 優先權日2006年6月22日
發明者A·D·賈, E·弗裡迪納, J·D·吉福德, J·W·阿巴, 梁荔鄉, 璐 王 申請人:西門子水處理技術公司