申请日2007.06.22
公开(公告)日2009.07.01
IPC分类号C02F1/46; C02F1/469
摘要
公开了具有低水垢潜在性的电化学处理设备。该设备具有各种涉及层化的阴离子交换和阳离子交换的构型。该处理设备也可包含非均一粒度的离子交换树脂珠粒和/或具有至少一个的室，该室提供导致贯穿该装置的均匀电流分布的主要电阻。
权利要求书
1.具有阳极室和阴极室的电去离子装置，其包括：位于阳极室和阴 极室之间的第一消耗室;与消耗室离子连通的浓缩室;与浓缩室离子连 通的第二消耗室;和位于第一消耗室以及阳极室和阴极室中至少一个之 间并与它们离子连通的第一隔绝单元。
2.权利要求1的电去离子装置，其中第一隔绝单元至少部分由相邻 于第一消耗室设置的阳离子选择性膜确定。
3.权利要求2的电去离子装置，其中第一隔绝单元至少部分由阴离 子选择性膜确定并相邻于阴极室设置。
4.权利要求3的电去离子装置，其中第一隔绝单元包含含有阴离子 交换介质和阳离子交换介质的混合物的介质层。
5.权利要求4的电去离子装置，其中阴极室包含阴离子交换介质和 阳离子交换介质的混合物。
6.权利要求1的电去离子装置，进一步包括与第二消耗室离子连通 的第二隔绝单元，其中第二隔绝单元位于阳极室和第二消耗室之间。
7.权利要求6的电去离子装置，其中第二隔绝单元至少部分由相邻 于第二消耗室设置的阴离子选择性膜确定。
8.权利要求7的电去离子装置，其中第二隔绝单元进一步包含相邻 于阳极室设置的阳离子选择性膜。
9.权利要求8的电去离子装置，其中第二隔绝单元包含含有阴离子 交换介质和阳离子交换介质的混合物的介质层。
10.权利要求8的电去离子装置，其中阳极室包含阳离子交换介质。
11.电去离子装置，其包括：消耗室;和与消耗室离子连通的第一 浓缩室，其至少部分由阴离子选择性膜和阳离子选择性膜确定，所述第 一浓缩室至少部分包含通过基本上由阴离子交换介质构成的第二区基 本上与阴离子选择性膜分开的基本上由阳离子交换介质构成的第一区。
12.权利要求11的电去离子装置，进一步包括与消耗室离子连通的 第二浓缩室，所述第二浓缩室至少部分由阳离子选择性膜和阴离子选择 性膜确定且包含含离子交换介质的第一部分和含离子交换介质的第二 部分，该第一和第二部分分别部分填充第二浓缩室的纵向片段。
13.权利要求12的电去离子装置，其中第一部分主要由阳离子交换 介质组成并相邻于第二浓缩室的阳离子选择性膜设置。
14.权利要求13的电去离子装置，其中第二部分基本上由阴离子交 换介质组成并通过阳离子交换介质的第一部分与第二室的阳离子选择 性膜基本上隔开。
15.权利要求11的电去离子装置，其中第一和第二浓缩室中的至少 一个进一步包含电化学惰性介质。
16.权利要求11的电去离子装置，进一步包括与第一浓缩室的入口 流体连通的酸性溶液源。
17.权利要求11的电去离子装置，其中阳离子交换介质包含弱酸阳 离子交换树脂。
18.权利要求11的电去离子装置，其中阴离子交换介质包含弱碱阴 离子交换树脂。
19.电去离子装置，包括：
消耗室;
与消耗室离子连通的第一浓缩室，所述第一浓缩室包含具有第一有 效电阻的介质;和
与消耗室离子连通的第二浓缩室，其中一部分第二浓缩室包含具有 大于第一有效电阻的第二有效电阻的介质。
20.权利要求19的电去离子装置，其中至少一部分第二浓缩室的有 效电阻为第一有效电阻的至少2倍。
21.权利要求19的电去离子装置，其中第二浓缩室包含惰性介质。
22.电去离子装置，其包括：消耗室;和与消耗室离子连通的浓缩 室，所述浓缩室包含阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合物，其中 阴离子交换树脂和阳离子交换树脂在混合物中的量相对于浓缩室的流 动路径长度而变化。
23.权利要求22的电去离子装置，其中阴离子交换树脂的相对量沿 浓缩室的流动路径而增加。
24.权利要求22的电去离子装置，其中阳离子交换树脂的相对量沿 浓缩室的流动路径而增加。
25.具有至少一个室的电去离子装置，所述室的至少一个出口端口 由具有多个孔的分配器确定，该装置包括：以离子选择性膜为界的室中 的第一层颗粒，所述颗粒包含具有低于所述孔的最小尺寸的第一有效直 径的介质;和在第一层下游的室中的第二层颗粒，所述第二层颗粒具有 大于所述第一有效直径和大于所述孔的最小尺寸的第二有效直径。
26.权利要求25的电去离子装置，进一步包括位于第一层颗粒上游 的第三层颗粒。
27.权利要求26的电去离子装置，其中第三层所含的颗粒具有与第 二层的颗粒大约相同的有效直径。
28.权利要求25的电去离子装置，其中第二层包含离子交换树脂。
29.权利要求25的电去离子装置，其中第一层包含离子交换树脂。
30.权利要求25的电去离子装置，其中第三层包含离子交换树脂。
31.电去离子体系，包括：所要处理的水源;包括消耗室和浓缩室 的处理组件，该处理组件流体连接至所要处理的水源上;包括酸生成室 的电解组件，该电解组件流体连接在浓缩室的上游;和流体连接至电解 组件的酸生成室的入口的盐水溶液源。
32.权利要求31的电去离子装置，其中消耗室的出口流体连接至酸 生成室的入口。
33.权利要求32的电去离子装置，其中电解组件进一步包括与酸生 成室离子连通的碱生成室。
34.权利要求33的电去离子装置，其中浓缩室的出口流体连接至碱 生成室的出口。
35.电去离子装置，其包括含阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的 混合物的室，所述阴离子交换树脂的平均直径为阳离子交换树脂平均直 径的至少1.3倍。
36.电去离子装置，其包括含阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的 混合物的室，所述阳离子交换树脂的平均直径为阴离子交换树脂平均直 径的至少1.3倍。
37.水处理体系，包括：
所要处理的水源;
包括多个浓缩和消耗室并流体连接至所要处理的水源的电去离子 装置;
与要被引入电去离子装置的至少一个浓缩室的水热连通的冷却器;
被设置成提供要被引入浓缩室中的水和离开浓缩室的水中的至少 一种水的温度显示的传感器;和
被设计成接收所述温度显示和产生促进冷却要被引入浓缩室中的 水的信号的控制器。
38.权利要求37的水处理体系，其中控制器被设计成调节要被引入 浓缩室中的水的温度至目标温度。
39.权利要求38的水处理体系，其中控制器被设计成计算被引入浓 缩室的水和离开浓缩室的水中的至少一种水的有效Langelier饱和指数 (LSI)值，并至少部分基于所计算的LSI值得出目标温度。
40.电去离子装置，包括：至少部分由阳离子选择性膜和阴离子选 择性膜确定的消耗室;和至少部分由阴离子选择性膜确定并包含第一层 阴离子交换介质和位于第一层下游的第二层介质的浓缩室，所述第二层 包含阴离子交换介质和阳离子交换介质。
41.权利要求40的电去离子装置，其中第二层包括通过包含阴离子 交换介质的第二区基本上与阴离子选择性膜隔开的包含阳离子交换介 质的第一区。
42.权利要求40的电去离子装置，其中第二层位于第一层的下游。
43.在具有消耗室和浓缩室的电去离子装置中处理水的方法，包括： 测量浓缩室中的物流的温度、要被引入浓缩室中的物流的温度和离开浓 缩室的物流的温度之一;降低要被引入浓缩室中的水的温度至预定温 度;将所要处理的水引入消耗室;和去除电去离子装置中所要处理的水 中至少一部分的至少一种非所需物质。
44.权利要求43的方法，进一步包括将要被引入浓缩室的物流的温 度保持在目标值。
45.权利要求44的方法，进一步包括确定要被引入浓缩室的物流和 离开浓缩室的物流中的至少一种的Langelier饱和指数(LSI)值，和至少 部分基于所述LSI值而确定目标值。
46.在电去离子装置中处理水的方法，包括：将具有阴离子和阳离 子物质的水引入电去离子装置的消耗室;促进至少一部分阳离子物质传 输到位于消耗室和电去离子装置的阴极室之间的第一隔绝单元中;和
促进至少一部分阴离子物质传输到位于消耗室和电去离子装置的 阳极室之间的第二隔绝单元中。
47.权利要求46的方法，其中促进传输至少一部分阳离子物质包括 抑制阳离子物质从第一隔绝单元传输到阴极室中。
48.权利要求47的方法，其中促进传输至少一部分阴离子物质包括 抑制阴离子物质从第二隔绝单元传输到阳极室中。
49.权利要求48的方法，进一步包括将至少一部分离开消耗室的水 引入阴极室和阳极室中的至少一个中。
50.权利要求46的方法，进一步包括保持通过浓缩室的流体流速大 于2加仑/分钟/平方英尺。
51.在具有消耗室和浓缩室的电去离子装置中处理水的方法，包括： 将所要处理的水引入电去离子装置的消耗室中;促进非所需物质从消耗 室传输到电去离子装置的浓缩室中，所述浓缩室包含第一层阴离子交换 介质和位于所述第一层下游的第二层介质，所述第二层包含阴离子交换 介质和阳离子交换介质的混合物。
52.处理水的方法，包括：将所要处理的水引入电去离子装置的消 耗室中，所述消耗室具有至少一层离子交换介质;和促进被引入消耗室 中的水的至少一部分阴离子物质从第一层离子交换介质传输到第一浓 缩室中，以生成具有第一中间质量的水，所述第一浓缩室至少部分由阴 离子选择性膜和阳离子选择性膜确定，所述第一浓缩室至少部分包括通 过包含阴离子交换介质的第二区基本上与阴离子选择性膜隔开的包含 阳离子交换介质的第一区。
53.权利要求52的方法，进一步包括保持通过第一浓缩室的流体流 速大于2加仑/分钟/平方英尺。
54.在电去离子装置中处理水的方法，包括：将包含非所需物质的 所要处理的水引入电去离子装置的消耗室中;促进非所需物质从消耗室 传输至电去离子装置的浓缩室以生成处理水;在辅助组件中电解产生酸 溶液;和将至少一部分酸溶液引入浓缩室。
55.权利要求54的方法，其中电解产生酸溶液包括将卤化物盐溶液 引入辅助组件。
56.权利要求55的方法，进一步包括在产生酸溶液的同时在辅助组 件中产生碱性溶液。
57.权利要求56的方法，进一步包括用所述碱性溶液中和浓缩室的 出口物流。
58.权利要求57的方法，进一步包括将一部分处理水与所述盐水溶 液混合并将混合物引入所述辅助组件。
59.权利要求58的方法，其中将酸溶液引入浓缩室包括将pH低于4.3 的酸性溶液引入浓缩室。
60.权利要求59的方法，进一步包括对浓缩室中的至少一部分液体 进行脱气。
61.水处理体系，包括：所要处理的水源;和包括第一消耗室和第 二消耗室的电去离子装置，所述第一和第二消耗室以平行流动构型分别 流体连接至所要处理的水源;和与所述第一消耗室离子连通的第一浓缩 室和流体连接至第一浓缩室下游的第二浓缩室。
62.权利要求61的方法，其中电去离子装置进一步包括流体连接第 一浓缩室上游的第一电极室。
63.电去离子装置，包括：多个被设计成液体在其中沿着平行流动 路径流动的消耗室;和多个与至少一个消耗室离子连通的浓缩室，其中 至少部分的浓缩室被顺次排列。
64.权利要求63的电去离子装置，其中所述多个浓缩室确定通过所 述电去离子装置的单个流动路径。
说明书
低水垢潜在性水处理
1.发明领域
本发明涉及具有低水垢形成潜在性的水处理体系和方法，和尤其是 涉及在采用电驱动分离装置的体系中降低水垢形成的潜在性。
2.相关技术讨论
已用于处理水的电驱动分离装置包括，但不限于，电渗析以及电去 离子设备。例如Liang等人在U.S.专利No.6,649,037公开了一种电去离子 装置和通过去除可电离物质而用于纯化流体的方法。
发明综述
本发明的一个或多个方面涉及具有阳极室和阴极室的电去离子装 置。该电去离子装置包括位于阳极室和阴极室之间的第一消耗室，与消 耗室离子连通的浓缩室，与浓缩室离子连通的第二消耗室，和位于第一 消耗室以及阳极室和阴极室中至少一个之间和与它们离子连通的第一 隔绝单元。
本发明其它方面涉及一种电去离子装置，包括消耗室和与消耗室离 子连通，并至少部分由阴离子选择性膜和阳离子选择性膜确定的第一浓 缩室。第一浓缩室通常包含，至少是部分地包含，通过基本上包含阴离 子交换介质的第二区与阴离子选择性膜基本上分开的基本上包含阳离 子交换介质的第一区。
本发明其它方面涉及一种电去离子装置，包括消耗室，与消耗室离 子连通的第一浓缩室，和与消耗室离子连通的第二浓缩室。第一浓缩室 通常包含具有第一有效电阻(current resistance)的介质，第二浓缩室的 一部分包含具有大于第一有效电阻的第二有效电阻的介质。
本发明其它方面涉及一种电去离子装置，包括消耗室，和与消耗室 离子连通的浓缩室。浓缩室通常包含阴离子交换树脂和阳离子交换树脂 的混合物，阴离子交换树脂和阳离子交换树脂在混合物中的量相对浓缩 室的流动路径长度而变化。
本发明其它方面涉及一种具有至少一个室的电去离子装置，所述室 具有至少一个由具有多个孔的分配器确定的出口端口。电去离子装置可 在以离子选择性膜为界的室中包含第一层颗粒。所述颗粒可包含具有低 于孔最小尺寸的第一有效直径的介质。电去离子装置进一步在第一层下 游的室中包含第二层颗粒。第二层颗粒通常具有大于第一有效直径和大 于孔最小尺寸的第二有效直径。
本发明再一方面涉及电去离子体系，包括所要处理的水源，包括消 耗室和浓缩室的处理组件，所述处理组件流体连接至所要处理的水源; 包含酸生成室的电解组件，和流体连接至电解组件的酸生成室的入口上 的盐水溶液源。电解组件流体连接在浓缩室的上游。
本发明的某些方面涉及一种电去离子装置，包括含阴离子交换树脂 和阳离子交换树脂的混合物的室。阴离子交换树脂的平均直径为阳离子 交换树脂的平均直径的至少1.3倍。
本发明的某些方面涉及一种电去离子装置，包括含阴离子交换树脂 和阳离子交换树脂的混合物的室。阳离子交换树脂的平均直径为阴离子 交换树脂的平均直径的至少1.3倍。
本发明其它方面涉及一种水处理体系，包括所要处理的水源，包含 多个浓缩室和消耗室且流体连接至所要处理的水源上的电去离子设备， 与要被引入电去离子设备的至少一个浓缩室中的水热连通的冷却器，被 设置成提供要被引入浓缩室中的水和离开浓缩室的水中的至少一种的 温度显示的传感器，和被设计成接收温度显示和产生促进冷却要被引入 浓缩室中的水的信号的控制器。
本发明其它方面涉及电去离子装置，包括至少部分被阳离子选择性 膜和阴离子选择性膜确定的消耗室，和至少部分被阴离子选择性膜确定 并包含第一层阴离子交换介质和位于第一层下游的第二层介质的浓缩 室，所述第二层包含阴离子交换介质和阳离子交换介质。
本发明其它方面涉及一种在具有消耗室和浓缩室的电去离子设备 中处理水的方法。该方法包括测量浓缩室中的物流的温度，要被引入浓 缩室中的物流的温度，和离开浓缩室的物流的温度之一;将要被引入浓 缩室中的水的温度降低至预定温度;将所要处理的水引入消耗室;和从 电去离子设备的所要处理的水中去除至少一部分至少一种非所需物质。
本发明其它方面涉及一种在电去离子设备中处理水的方法，包括将 具有阴离子和阳离子物质的水引入电去离子设备的消耗室，促进至少一 部分阳离子物质传输到位于电去离子设备的消耗室和阴极室之间的第 一隔绝单元，和促进至少一部分阴离子物质传输到位于电去离子设备的 消耗室和阳极室之间的第二隔绝单元。
本发明其它方面涉及一种在具有消耗室和浓缩室的电去离子设备 中处理水的方法。该方法包括将所要处理的水引入电去离子设备的消耗 室，促进非所需物质从消耗室传输到电去离子设备的浓缩室。浓缩室可 通常包含第一层阴离子交换介质和位于第一层下游的第二层介质，且第 二层可包含阴离子交换介质和阳离子交换介质的混合物。
本发明其它方面涉及一种处理水的方法，包括将所要处理的水引入 电去离子设备的消耗室，所述消耗室具有至少一层离子交换介质;和促 进被引入消耗室中的水的至少一部分阴离子物质从第一层离子交换介 质传输到第一浓缩室以生成具有第一中间质量的水。第一浓缩室至少部 分地由阴离子选择性膜和阳离子选择性膜确定。第一浓缩室至少部分地 包含通过包含阴离子交换介质的第二区基本上与阴离子选择性膜分开 的包含阳离子交换介质的第一区。
本发明其它方面涉及一种在电去离子设备中处理水的方法。该方法 包括将包含非所需物质的所要处理的水引入电去离子设备的消耗室，促 进非所需物质从消耗室传输至电去离子设备的浓缩室以生成处理水;在 辅助组件中电解产生酸溶液，和将至少一部分酸溶液引入浓缩室。
本发明的其它方面涉及一种水处理体系，包括所要处理的水源，和 包括第一消耗室和第二消耗室的电去离子设备，第一和第二消耗室分别 以平行流动构型流体连接至所要处理的水源上;和与第一消耗室离子连 通的第一浓缩室，和流体连接至第一浓缩室下游的第二浓缩室。
本发明的其它方面涉及电去离子装置，包括多个被设计成使液体在 其中沿着平行流动路径流动的消耗室，和多个与至少一个消耗室离子连 通的浓缩室，其中至少部分浓缩室顺次排列。
附图简要描述
附图无意于按比例绘制。在附图中，在各图中显示的每一相同的或 几乎相同的元件用相同数字表示。为清楚起见，不是每一元件都可在每 一附图中标记。