(57)【要約】  この処理システムは、水源からの水に含まれる何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することによって、処理水又は軟水を使用地点に提供する。この処理システムは、電気化学装置の通常の操作中に発生し得る、何らかのスケールが形成する可能性を減少させるために操作できる。湿った部品を含む処理システム内でのスケール形成は、逆洗するか、硬度誘発種を有する流動液体を低ＬＳＩ水のようなスケールを生成する低い傾向を有する他の液体に代えることによって抑制できる。処理システム内の部品の種々の配列は、スケールを形成する僅かな傾向を有するか、又は傾向を有さない液体によって、硬度誘発種を有する液体を置換するために、システムの弁及びポンプを方向付けることによって洗浄できる。
2007511348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１区画と、第２区画とを含む電気化学装置と、
第１区画入口と第１ポンプとを流体的に接続する第１液体回路と、
第２区画出口を第２区画入口と、第２ポンプとに流体的に接続する第２液体回路と、
第２区画入口と第２ポンプとを流体的に接続する第３液体回路とを含む処理システム。
【請求項２】
第１ポンプに流体的に接続された第１フィルタ装置を更に含む請求項１に記載の処理システム。
【請求項３】
第２ポンプに流体的に接続された第２フィルタ装置を更に含む請求項２に記載の処理システム。
【請求項４】
貯槽に流体的に接続された入口点を更に含む請求項１に記載の処理システム。
【請求項５】
貯槽に流体的に接続された配水システムを更に含む請求項１に記載の処理システム。
【請求項６】
貯槽に流体的に接続された使用地点を更に含む請求項１に記載の処理システム。
【請求項７】
処理システムの少なくとも１つの操作パラメータを測定するセンサを更に含む請求項１に記載の処理システム。
【請求項８】
貯槽を第１区画入口に、及び第１区画出口を第２区画入口に流体的に接続する第４液体回路を更に含む請求項１に記載の処理システム。
【請求項９】
電気化学装置の下流と使用地点の上流とに、流体的に接続された後処理システムを更に含む請求項１に記載の処理システム。
【請求項１０】
第１区画出口と、第１区画入口とを含む第１区画と、第２区画出口と、第２区画入口とを含む第２区画とを含み、入口点に流体的に接続された電気化学装置と、
第１区画出口と、第１区画入口とに流体的に接続可能である第１ポンプと、
第２区画出口と、第２区画入口とに流体的に接続可能である第２ポンプと、
第１又は第２区画出口の少なくとも一方に流体的に接続可能である循環管路とを含む処理システム。
【請求項１１】
循環管路は、第１及び第２ポンプの少なくとも一方に流体的に接続可能である請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１２】
循環管路を第１ポンプに流体的に接続する第１弁を更に含む請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１３】
循環管路を第２ポンプに流体的に接続する第２弁を更に含む請求項１２に記載の処理システム。
【請求項１４】
第１区画出口を循環管路に流体的に接続する第１弁を更に含む請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１５】
第２区画出口を循環管路に流体的に接続する第２弁を更に含む請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１６】
第１及び第２弁の少なくとも一方を作動させる制御装置を更に含む請求項１５に記載の処理システム。
【請求項１７】
処理システムの少なくとも１つの操作パラメータを測定するセンサを更に含む請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１８】
入口点に流体的に接続された貯槽と、貯槽に流体的に接続された配水システムとを更に含む請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１９】
電気化学装置、循環管路、第１ポンプ及び第２ポンプの少なくとも一方に流体的に接続可能な消毒源を更に含む請求項１０に記載の処理システム。
【請求項２０】
貯槽から電気化学装置の第１区画入口へ第１ポンプを通って内部を流れる被処理液体を有する第１液体回路を設置することと、
電気化学装置の第２区画出口から第２区画入口へ第２ポンプを通って内部を流れる濃縮液体を有する第２液体回路を設置することと、
貯槽から第２区画入口へ第２ポンプを通って内部を流れる被処理液体を有する第３液体回路を設置することとを含む液体処理方法。
【請求項２１】
第１区画出口から第１区画入口へ第１ポンプを通って内部を流れる、濃縮液体を有する第４液体回路を設置することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
電気化学装置を横切って電場を印加することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
第３液体回路を設置した後に、印加電場の極性を逆にすることを更に含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
被処理液体が第２ポンプを通って流れるように方向付けるために、第１弁を作動させる第３液体回路を設置することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
第１ポンプを通って流れるように濃縮液体を方向付けるために第２弁を作動させることを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
液体の圧力、温度、流量、ｐＨ、導電率及び組成の少なくとも１つを測定することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
処理液体によって第１及び第２区画を洗浄することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
処理液体によって第１及び第２ポンプの少なくとも一方を洗浄することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
貯槽から第１及び第２区画へ第１及び第２ポンプを通って内部を流れる、貯槽からの液体を有する第４液体回路を設置することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
貯槽からの液体は、負のＬＳＩを有する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
処理液体の少なくとも一部を使用地点に送り出すことを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
処理液体を使用地点に送り出す前に、処理液体を後処理することを更に含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
第１液体回路、第２液体回路及び第３液体回路のいずれかの中のいずれかの部品の少なくとも一部を消毒することを更に含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
処理水を生成するために、被処理水の少なくとも一部を処理水を生成する第１ポンプを介して電気化学装置の減耗区画に通すことと、
濃縮水流を、第２ポンプを介して電気化学装置の濃縮区画を通って循環させることと、
濃縮水流を、第１ポンプを介して濃縮区画を通って循環させることを含む水処理方法。
【請求項３５】
第２ポンプに、被処理水の少なくとも一部を通すことを更に含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
第２区画を洗浄する間に、第１区画を洗浄することを更に含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
第１及び第２区画と、第１及び第２ポンプとを処理水によって順次洗浄することを更に含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
第２区画に水を通した後、第１区画に、貯槽からの水を通すことを更に含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
被処理水を、処理水を生成する電気化学装置に通すことと、
処理水の少なくとも一部を貯槽内に貯蔵することと、
電気化学装置の濃縮区画を処理水で洗浄することとを含む水処理方法。
【請求項４０】
処理水は、負のＬＳＩを有する請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
減耗区画を洗浄することを更に含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
減耗区画の洗浄が、濃縮区画を洗浄する間に実行される請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
第１区画と第２区画の洗浄が、第１及び第２区画を順次洗浄することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
第１区画と第２区画の洗浄が、第１及び第２区画を処理水によって並列の流れで洗浄することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
第１区画と第２区画の洗浄が、第１及び第２区画を処理水によって直列の流れで洗浄することを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
処理水を化学線又はオゾンに曝すことを更に含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
処理水を精密濾過又は限外濾過装置に通すことを更に含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４８】
電気化学装置及び貯槽の少なくとも一方を消毒剤に曝すことを更に含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
第１区画と、第２区画とを含む電気化学装置を提供することと、
貯槽、第１区画出口、及び第１区画入口の少なくとも一方に流体的に接続可能な第１ポンプを提供することと、
貯槽、第２区画出口、及び第２区画入口の少なくとも一方に流体的に接続可能な第２ポンプを提供することと、
第１及び第２区画出口の少なくとも一方に流体的に接続可能である循環管路を提供することとを含む浄水を容易にする方法。
【請求項５０】
第１区画と、第２区画とを含む電気化学装置と、
貯槽からの被処理液体を第１区画を通して流し、かつ濃縮液体を第２区画を通して循環させる手段と、
貯槽からの被処理液体を第２区画を通して流し、かつ濃縮液体を第１区画を通して循環させる手段とを含む処理システム。
【請求項５１】
電気化学装置が電気再生式脱イオン装置を含む請求項５０に記載の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、流体を浄化又は処理するシステム及び方法、特には処理水を使用地点に送り出す貯槽及び電気化学装置を組み込む水処理システム、並びにこの水処理システムを操作及び洗浄する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルシウム及びマグネシウムのような硬度種を含む水は、産業、商業及び家庭用途でのある種の使用に望ましくないことがある。水の硬度分類の典型的な指針は：炭酸カルシウムとして１リットル当たりゼロ〜６０ミリグラム（ｍｇ／ｌ）が軟らかい、６１〜１２０ｍｇ／ｌが中程度に硬い、１２１〜１８０ｍｇ／ｌが硬い、かつ１８０ｍｇ／ｌ超が非常に硬いと分類される。
【０００３】
硬水は、軟水化、すなわち硬度イオン種を除去することによって処理できる。かかる種を除去するシステムの例は、イオン交換床を使用するものを含む。かかるシステムにおいて、硬度イオンは、イオン交換樹脂の表面で混合されている逆帯電したイオン種にイオン結合されるようになる。イオン交換樹脂は、最終的にイオン結合した硬度イオン種で飽和するようになるため再生されねばならない。再生は、通常、結合した硬度種を塩化ナトリウムのような可溶性が高いイオン種と置換することを伴う。イオン交換樹脂に結合した硬度種は、ナトリウムイオンによって置換され、イオン交換樹脂は、再度その後の軟水化ステップに使用できる状態になる。
【０００４】
これと異なるシステムが既に開示されている。例えばＤｏｓｃｈは、米国特許第３１４８６８７号明細書でイオン交換樹脂を使用する軟水装置を含む洗浄機を教示している。同様に、Ｇａｄｉｎｉ等は、国際特許出願公開第ＷＯ００／６４３２５号で、水の硬度を減少させる改良された装置を有する水を使用する家庭電化製品を開示している。Ｇａｄｉｎｉ等は、制御システム、外部水源からの給水システム、及び電気化学電池による軟化システムを有する家庭電化製品を教示している。ＭｃＭａｈｏｎは、米国特許第５１６６２２０号明細書で、軟水工程での塩水によるイオン交換樹脂の再生を教示している。
【０００５】
いわゆる電気再生式脱イオン方式（ＥＤＩ）は、水を軟水にするために使用できる。ＥＤＩは、イオン輸送に影響を与えるために、電気的に活性な媒体（以下「電気活性媒体」）及び電位を使用して液体からイオン性種を除去する工程である。電気活性媒体は、イオン性種の収集と放出を交互に行うか、又はイオン若しくは電子置換メカニズムによって連続的にイオンの輸送を容易にするために機能し得る。ＥＤＩ装置は、永久又は一時的荷電を有する媒体を含むことができ、かつ性能を達成又は強化することを目的とする電気化学反応を引き起こすために操作できる。これらの装置は、半透性イオン交換又は両極性膜のような電気活性膜も含む。
【０００６】
一方、いわゆる連続電気再生式脱イオン方式（ＣＥＤＩ）は、電気活性媒体を通したイオン輸送に依存する工程である。典型的なＣＥＤＩ装置は、電場応答性半透性アニオン及びカチオン選択膜を交互に含む。膜間の空間は、入口及び出口を有する液体流れ区画を作るように構成される。横方向直流電界が、区画の境界で電極を通して外部電源によって与えられる。構成によっては、電極区画は、電極からの反応生成物を、他の流れ区画から分離できるように提供される。電界を与えると、１つの区画、すなわちイオン減耗（脱イオン）区画内で処理される液体中のイオンは、その互いの求引電極に引きつけられる。イオンは、隣接区画へ選択性透過膜を通って移動し、隣接イオン濃縮区画内の液体のイオン濃度が高まる。減耗区画内の、及び実施態様によっては、濃縮区画内の空間は、電気的に活性な、または電場応答性の媒体を含む。ＣＥＤＩ装置において、電場応答性媒体は、密接に混合したアニオン及びカチオンイオン交換樹脂を含み得る。かかる電気的に活性な媒体は、通常、区画内のイオンの輸送を強化し、制御された電気化学反応の基質として関与し得る。電気再生式脱イオン装置は、例えば米国特許第４６３２７４５号、第４９２５５４１号、及び第５２１１８２３号明細書でＧｉｕｆｆｒｉｄａ等によって、米国特許第５２５９９３６号及び第５３１６６３７号明細書でＧａｎｚｉによって、米国特許第５１５４８０９号明細書でＯｒｅｎ等によって、かつ米国特許第５２４０５７９号明細書でＫｅｄｅｍによって開示されている。
【０００７】
水から鉱物種を除去するために使用できる他のシステムが知られている。例えば、Ｇａｙｓｏｗｓｋｉは、米国特許第３４０７８６４号明細書で、イオン交換及び電気透析の両方を伴う装置を開示している。Ｊｏｈｎｓｏｎは、米国特許第３７５５１３５号明細書で、直流電位を使用する脱イオン装置を教示している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、処理システムを対象にする。この処理システムは、第１区画と、第２区画とを含む電気化学装置を含むことができ、第１液体回路は、第１区画入口と、第１ポンプとを流体的に、第２液体回路は、第２区画出口を第２区画入口と、第２ポンプとに流体的に接続し、かつ第３液体回路は、第２区画入口と、第２ポンプとを流体的に接続する。
【０００９】
１つ以上の実施態様により、本発明は処理システムを提供する。この処理システムは、第１区画出口と第１区画入口とを含む第１区画と、第２区画出口と第２区画入口とを含む第２区画と、第１区画出口と第１区画入口とに流体的に接続可能な第１ポンプ、第２区画出口と第２区画入口とに流体的に接続可能な第２ポンプ、および第１又は第２区画出口の少なくとも一方に流体的に接続可能な循環管路を含む電気化学装置を含むことができる。この電気化学装置は、通常入口点に接続される。
【００１０】
１つ以上の実施態様により、本発明は、液体処理方法を提供する。この方法は、貯槽から電気化学装置の第１区画入口へ第１ポンプを通って内部を流れる被処理液体を有する第１液体回路を設置することと、電気化学装置の第２区画出口から第２区画入口へ第２ポンプを通って内部を流れる濃縮液体を有する第２液体回路を設置することと、貯槽から第２区画入口へ第２ポンプを通って内部を流れる被処理液体を有する第３液体回路を設置することとを含むことができる。
【００１１】
１つ以上の実施態様によれば、本発明は、水処理方法を提供する。方法は、被処理水の少なくとも一部を、処理水を生成する第１ポンプを介して電気化学装置の減耗区画に通すことと、濃縮水流を、第２ポンプを介して電気化学装置の濃縮区画を通って循環させることと、濃縮水流を、第１ポンプを介して濃縮区画を通って循環させることとを含むことができる。
【００１２】
１つ以上の実施態様によれば、本発明は、水処理方法を提供する。この方法は、被処理水を、処理水を生成する電気化学装置に通すこと、処理水の少なくとも一部を貯槽内に貯蔵すること、および電気化学装置の濃縮区画を処理水で洗浄することを含むことができる。
【００１３】
１つ以上の実施態様によれば、本発明は、浄水を容易にする方法を提供する。この方法は、第１区画と、第２区画とを含む電気化学装置を提供すること、貯槽、第１区画出口、及び第１区画入口の少なくとも一方に流体的に接続可能な第１ポンプを提供すること、貯槽、第２区画出口、及び第２区画入口の少なくとも一方に流体的に接続可能な第２ポンプを提供すること、および第１及び第２区画出口の少なくとも一方に流体的に接続可能である循環管路を提供することを含むことができる。
【００１４】
１つ以上の実施態様によれば、本発明は、処理システムを提供する。この処理システムは、第１区画と第２区画とを含む電気化学装置と、貯槽からの被処理液体を第１区画を通して流し、かつ濃縮液体を第２区画を通して循環させる手段と、貯槽からの被処理液体を第２区画を通して流し、かつ濃縮液体を第１区画を通して循環させる手段とを含むことができる。
【００１５】
本発明の他の利点、新しい特徴及び目的は、概略的であり、かつ一定の比率で書かれることを意図しない添付図面と併せて考慮されたとき、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。図では、種々の図中で例示される同一又は実質的に類似する各部品は、単一の数字又は表記によって表される。明瞭にするため、全ての図で全ての部品に標識を付けたわけではないし、当業者が本発明を理解することを可能にするために、例示が必要でないときには、本発明の各実施態様の全ての部品を示したわけでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好ましい、但し必ずしもこれに限るわけではない実施態様は、例として、かつ添付図面を参照して記載される。
【００１７】
本発明は、産業、商業及び住宅用途における浄化又は処理システム、及び処理水を提供する方法を対象にする。この処理システムは、都市用水、井戸水、汽水及びその他の水源のような、水源からの水に含まれる硬度誘発種のような、何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することによって、処理水、又は場合により軟水を使用地点に提供する。処理システムは、処理水を生成する間に通常発生する、何らかのスケール又は付着物が形成する可能性を減少させるために操作できる。ポンプ、弁、及び管路のような部品を含む処理システム内のスケール又は付着物の形成は、逆洗あるいはスケールを形成する高い傾向を有する流動液体から、低いランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）を有する水のような、スケールを形成しにくい液体に流動液体を置き換えることによって抑制され得る。ＬＳＩは、例えばＡＳＴＭ  Ｄ３７３９により計算できる。
【００１８】
この処理システムは、通常、水源又は入口点から水を受け、望ましくない種を含み得る水を浄化する。同様に処理システムは、通常配水システムを介して処理水を使用地点に提供又は送り出す。処理システムは、通常、電気再生式脱イオン装置のような、電気化学装置と直列に貯槽システムを有する。実施態様によっては処理システムは、水の少なくとも１つの特性、又はシステムの操作条件を測定するセンサも含む。本発明の他の実施態様によれば、処理システムは、処理システムの少なくとも１つの操作パラメータ、又は作動弁、付勢ポンプシステム若しくはシステムの他の部品のような、但しこれらに限定されない処理システムの部品を調整又は制御するための制御装置も含む。
【００１９】
図１は、本発明の１つの実施態様による、処理システムの概略フローチャートである。処理システム１０は、通常水源又は入口点１６に流体的に接続された、貯槽システム１４に流体的に接続された電気再生式脱イオン装置１２を含むことができる。処理システム１０は、通常、貯槽システム１４に通常流体的に接続された、使用地点１８を含む。本発明の１つの実施態様によれば、処理システム１０は、貯槽システム１４から液体をポンプでくみ上げるために使用でき、かつ場合により液体を、電気再生式脱イオン装置１２の出口から入口に循環管路３２を通って循環させるポンプ２０ａ及び２０ｂを含む。本発明のある実施態様において、処理システム１０は、流れを電気再生式脱イオン装置１２への往復に、かつ貯槽システム１４への往復に、並びにポンプ２０ａ、２０ｂ及び前処理フィルタ２４ａ及び２４ｂを通して向けるために使用できる弁２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄを含む。図では、明瞭にするため全ての弁を例示したとは限らない。例えば、ドレン３０への水流の弁を制御する流れは、図示していない。本発明のもう１つの実施態様において、処理システム１０は、通常制御装置２６並びにセンサ２８を含む制御システムを含むことができる。センサ２８は、通常処理システム１０内でいずれかの流動流体の操作パラメータ又は特性を測定する。通常、センサ２８は、測定パラメータを制御システム２６に送信又は転送する。
【００２０】
本発明の更にもう１つの実施態様において、制御システム２６は、浄水中の液体の流れを方向付けるためにいずれかの弁を作動させることができる。場合によっては、制御システム２６は、処理システム内のポンプのモータを付勢することができる。それ故に、制御システム２６は、処理システムの操作を監視及び制御できる。
【００２１】
電気再生式脱イオン用の脱イオン化モジュール又は装置１２は、通常イオン減耗（以下単に「減耗」という）区画及びイオン濃縮（以下単に「濃縮」という）区画を含む。これらの隣接区画は、通常その間に位置するイオン選択膜を有する。濃縮及び減耗区画のアセンブリは、通常スタックとして知られるが、交互順であるか、又は設計及び性能要件を満たすために必要な種々の配列のいずれかである。スタック配列は、通常一端で一方の電極区画に、かつ反対端で他方の電極区画に接する。通常、エンドブロックは、それぞれの電極区画でアノード及びカソードを収容するエンドプレートに隣接して位置する。濃縮及び減耗区画は、通常イオン選択膜又は選択透過膜を片寄らせ、かつ支持する構造又はスペーサによって画定される。スペーサは、その上に結合される選択膜と共に、以下に説明する操作条件次第で、濃縮又は減耗区画となり得る空間を画定する。
【００２２】
濃縮及び減耗区画は、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂又は両方の混合物で満たすことができる。カチオン及びアニオン交換樹脂は、減耗、濃縮及び電極区画のいずれかの中の混合物又は層として配列でき、それによって多くの層の多様な配列が可能となる。減耗、濃縮及び電極区画のいずれかの中での混床イオン交換樹脂の使用、アニオン及びカチオン交換樹脂の床の層間の不活性樹脂の使用、並びに米国特許第５８５８１９１号明細書でＤｉＭａｓｃｉｏ等によって記載されたような、種々のタイプのアニオン及びカチオン交換樹脂の使用は、本発明の範囲内であると考えられる。
【００２３】
操作中、硬度イオン種を含み、カチオン及びアニオン種を溶解した、通常入口点１６で処理システム１０に入る上流水源からの被処理液体は、貯槽システム１４に導入できる。次に被処理液体は、以下に記載するように、電気再生式脱イオン装置１２内で処理又は脱イオンされる。次に生成された処理液体は、貯槽システム１４に移行し、かつ貯蔵できる。貯槽システム１４内の処理液体、又は少なくともその一部は、１つの実施態様では、接続された配水システム（図示せず）を介して使用地点１８に移行できる。
【００２４】
被処理液体は、通常、電気再生式脱イオン装置又はスタック１２、好ましくは電気再生式脱イオン装置１２の減耗区画内に入る。電界は、電極を介してスタックを横切って印加できる。印加電界は、通常カチオン及びアニオン種をそれぞれに対応した電極に引き付ける電位を作る。このように、カチオン及びアニオン種は、減耗区画から、実施態様によっては濃縮区画である隣接区画へそれぞれの吸引電極に向かって移動する。区画間の選択透過膜は、イオン種が次の区画へ更に移動することを妨げるバリヤとなる。それ故に、減耗区画内を流れる液体からのイオン種は、隣接又は近くの濃縮区画内で捕捉され、それにより前の区画から出る処理液体、及び後の区画から出る濃縮水流を作る。代表的な、適切なイオン選択膜は、例えばスルホン酸又は４級アンモニウム官能基を有するスチレン−ジビニルベンゼンを使用して支持されるウェブ、ポリフッ化ビニリデン結合剤中でスチレン−ジビニルベンゼンを使用して支持されるウェブ、及びポリエチレンシート上の独立スルホン化スチレンと４級化ビニルベンジルアミングラフト共重合体を含む。
【００２５】
本発明の実施態様によっては、印加される電界は、特に水が被処理液体として使用される時、ヒドロキシル及び水素イオンへの水の解離に通常至らせる分極現象を作ることができる。ヒドロキシル及び水素イオンは、減耗及び濃縮区画内でイオン交換樹脂を再生できるので、溶解したイオン種の除去が、実質的にイオン中性条件で起きることができ、かつ連続的に、かつ消耗したイオン交換樹脂を再生する別個のステップなしに実行できる。
【００２６】
電界は、通常、電気再生式脱イオン装置１２に印加される直流である。しかしながら、一方及び他方の電極間でバイアス又は電位差を作れるいかなる印加電流も、イオン種の移動を促進するために使用できる。従って、カチオン及びアニオン種をそれぞれの吸引電極に引き付けるために十分な電極間の電位差があるという条件で、交流を使用できる。例えば、本発明の１つの実施態様において、交流は、荷電イオン種を引き付けるために十分な電位を有する脈動電流に交流を変換するために、例えばダイオード又はブリッジ整流器によって整流できる。
【００２７】
通常減耗区画内で、かつ場合により濃縮区画内で利用される、電場応答性媒体、通常カチオン及びアニオン交換樹脂は、３級アルキルアミノ基及びジメチルエタノールアミンを含むが、それらに限定されない、種々の官能基をその表面領域に有しても良い。これらは、４級アンモニウム基のような、但しそれらに限定されない種々の官能基を有する他のイオン交換樹脂材料と組み合わせても使用できる。定常の実験法の域を出ないものを使用するだけで、他の変性及び等価物が、当業者の心に浮かぶはずである。例えば、減耗、濃縮及び電子区画のいずれかの中のイオン交換樹脂の層状床の使用が、本発明において使用できる。
【００２８】
貯槽システム１４は、入口点１６から液体を貯蔵又は蓄積するのに役立つことができ、かつ電気再生式脱イオン装置１２からの処理液体を貯蔵するのにも役立つことができる。貯槽システム１４は、処理水、又は少なくとも部分的に処理された水を使用地点１８に提供することもできる。実施態様によっては、貯槽システム１４は、流体の流れのために入口及び出口を有する加圧容器のような容器を含む。ここで使用されているように、加圧は、約２ｐｓｉよりも大きな差圧を有する何らかの単位操作を指す。従って、加圧容器は、例えばその壁を介して約２ｐｓｉよりも大きな差圧を有する容器である。
【００２９】
本発明のもう１つの実施態様によれば、貯槽システム１４は、複数の容器又は貯槽を含み、各容器は同様に、各容器の種々の位置に位置決めされた数個の入口を含んでも良い。各容器は、とりわけ、使用地点１８への需要又は流量、電気再生式脱イオン装置１２の容量又は効率、並びに貯槽システムの容量又は滞留量次第で種々の位置に位置決めできる、１つ又は数個の出口を有しても良い。貯槽システム１４は、望ましい機能を実行するか、又は望ましくない結果を回避する種々の部品又は要素を更に含むことができる。例えば、貯槽システム１２は、いかなる内部流通も最小限に抑えるために位置決めされるバッフルのような、内部部品を有する容器を有することができる。場合によって、貯槽システム１４は、望ましくない内圧を軽減し、かつ破裂の可能性を回避、又は少なくとも減少させることを目的とする圧力解放弁、及び温度変化に付随する容量変化を受け入れられる膨張システム、例えば所望の操作圧力を維持するために設計される熱膨張貯槽を含むが、それらに限定されない補助又は外部部品を有することができる。かかる熱膨張貯槽の寸法及び容量は、貯槽システムの水の総容量、操作温度及び圧力、およびそれらの限定されない幾つかの要因次第である。
【００３０】
本発明のもう１つの実施態様によれば、処理システム１０は、電気再生式脱イオン装置１２の少なくとも１つの出口を流体的に接続する循環管路を含むことができる。例えば、循環管路３２は、通常類似する供給区画、特には減耗又は濃縮区画である、区画から出る液体を収集する、マニホルド出口（図示せず）に接続し得る。循環管路３２は、図１に例示されるように、ポンプ２０ｂ並びに弁２２ａ及び２２ｂを通って電気再生式脱イオン装置１２の入口にも接続できる。
【００３１】
電気再生式脱イオン装置１２は、米国特許第５３１６６３７号明細書でＧａｎｚｉ等によって記載されたように、１つ以上の電気脱イオン化ステージも含むことができる。各ステージにおいて、減耗及び濃縮区画のスタックは、第１及び第２電極間に位置決めされる。本発明の１つの実施態様によれば、電気再生式脱イオン装置１２の各ステージは、複数の区画を含み、各区画は、片方の端部が外膜によって部分的に画定される。少なくとも１つの区画の膜は、隣接区画の膜と同一の広さにわたり接触でき；かつ１つの実施態様によれば、スタック内の全ての区画は、互いに同一の広さの接触で、隣接区画の膜と互いに隣接して配列できる。かかる配列は、米国特許第５７３６０２３号明細書でＧａｌｌａｇｈｅｒ等によって記載されている。
【００３２】
図１の実施態様に例示されたように、電気再生式脱イオン装置１２は、通常第１区画３４及び隣接区画３６を含み、第１及び第２区画は、その間に位置決めされるイオン選択膜３８によって分離される。本発明の１つの実施態様によれば、第１区画３４は、減耗区画となることができ、かつ第２区画３６は、濃縮区画となることができる。とりわけ、電気再生式脱イオン装置１２は、単一の減耗区画及び単一の濃縮区画によって概略的に例示されている。それは、例示のためだけにこのように示される。それ故に、本発明の１つの好ましい実施態様によれば、ステージを画定する複数の減耗区画及び単一の濃縮区画は、電気再生式脱イオン装置の電極間に配列される。
【００３３】
第１区画３４は、第１ポート４０及び第２ポート４２を含むことができる。同様に、第２区画３６は、第１ポート４４及び第２ポート４６を含むことができる。本発明の１つの実施態様によれば、第１ポート４０及び第２ポート４２は、第１区画３４の反対端に位置決めでき、かつ第１ポート４４及び第２ポート４６は、第２区画３６の反対端に位置決めできる。第１ポート４０及び４４は、それぞれの区画への液体入口となることができる。これに対応して、第２ポート４２及び４６は、それぞれの区画への液体出口となることができる。
【００３４】
本発明のもう１つの実施態様によれば、電気再生式脱イオン装置１２は、複数の第１及び第２区画を含むことができる。各第１区画は、第１ポート及び第２ポートを含むことができる。複数の第１ポートは、第１ポートマニホルド４８に一般に流体的に接続でき、かつ複数の第２ポートは、第２ポートマニホルド５０に一般に流体的に接続できる。同様に、各第２区画は、第１ポート及び第２ポートを含むことができる。複数の第２区画第１ポートは、第１ポートマニホルド５２に一般に流体的に接続でき、かつ複数の第２区画第２ポートは、第２ポートマニホルド５４に一般に流体的に接続できる。
【００３５】
第１区画３４及び第２区画３６は、導管、マニホルド及び弁によって画定される複数の流体経路又は回路を有する液体回路網に接続できる。図１に示す本発明の１つの実施態様において、第１液体回路は、貯槽システム１４から第１区画３４及び第２区画３６の一方へ、ポンプ２０ａ、フィルタ２４ａ、弁２２ａ及び２２ｂ並びにマニホルド４８及び５２を通った流体接続を含むことができる。第１流体回路は、第１区画３４及び第２区画３６から貯槽システム１４へ、マニホルド５０及び５４並びに弁２２ｃ及び２２ｄを通った流体接続を更に含むことができる。本発明のもう１つの実施態様において、処理システム１０は、第１区画３４又は第２区画３６及び循環管路３２を通る第２液体回路を含むことができる。場合により、第２流体回路は、循環管路３２を第１区画３４又は第２区画３６へ、ポンプ２０ｂ、フィルタ２４ｂ及び弁２２ａ又は２２ｂのいずれかを通って流体的に接続できる。第２流体回路は、マニホルド４８及び５２を通って流体接続を更に含むことができる。更に第２液体回路は、マニホルド５０又はマニホルド５４を通って弁２２ｃ及び２２ｄのいずれかへの流体接続を更に含むことができる。
【００３６】
ここで使用されているように、液体回路という用語は、液体の流れが内部を流れることを可能にする弁及び管路の特殊な接続及び配列を定義するために用いられている。
【００３７】
本発明の他の実施態様は、図２Ａ〜図２Ｄを参照して記載される。図中、黒くした太線は、液体が、記載された液体回路に従って流れる経路を表す。例示のために、本発明の種々の実施態様は、浄水に関して記載される。しかしながら、電気脱イオン化技術により処理可能な、何らかの液体の処理は、本発明のシステム及び方法の利用に役立つことが理解されるべきである。
【００３８】
図２Ａで、供給液体、例えば水道水、汽水又は前処理された半純水が、入口点（図示せず）を通って処理システム１０に入れる第１液体回路が、例示される。従って、本発明の１つの実施態様において、被処理液体は、貯槽システム１４の出口６０から導管６２、弁２２ａ、ポンプ２０ａを通り、付加的にフィルタ２４ａ及びマニホルド５２を通り、ポート４４を経由して区画３６へ、第１液体回路内を流れることができる。第１液体回路はマニホルド５４、弁２２ｄ、導管６４に接続するポート４６を通る区画３６への接続及び、入口６６を通る貯槽システム１４への接続を更に含むことができる。弁２２ａ及び２２ｄは、上記の第１液体回路を通る流れを可能にするために、作動させられる。それ故に、第１液体回路は、貯槽システム１４から電気再生式脱イオン装置１２に被処理液体を提供でき、かつ処理液体を移行し、それを貯槽システム１４に貯蔵できる。
【００３９】
本発明は、処理システム１０内に第２液体回路を提供する。本発明の１つの実施態様によれば、第２液体回路は、濃縮水流が、電気再生式脱イオン装置１２の１つの区画を通って閉ループ内を流れることを可能にできる。図２Ｂの概略図に例示するように、第２液体回路は、循環管路３２への往復、及び区画３４への往復の、弁２２ｂ、ポンプ２０ｂを通り、付加的にフィルタ２４ｂを通る、マニホルド４８への接続を含むことができ、かつ区画３４にポート４０を通って入ることができる。第２液体回路は、液体が、ポート４２及びマニホルド５０を通って区画３４から出ること、及び循環管路３２及びマニホルド４８を通って区画３４に戻ることを可能にできる。本発明の１つの実施態様によれば、第２液体回路内を流れる濃縮水流は、区画３６からイオン選択膜３８を通って区画３４へ移動したイオン種を含むことができる。場合によって、第２液体回路内を流れる濃縮水流は、所定のスケジュールに従って放出されるか、ドレン３０に移行される。ドレン３０への移行は、例えば、ドレン弁（図示せず）を必要に応じて開放することによって達成できる。
【００４０】
図２Ｃに例示したもう１つの実施態様において、本発明は、貯槽システム１４を電気再生式脱イオン装置１２の区画３４へ流体的に接続する第３液体回路を提供する。第３液体回路は、フィルタ２４ｂへの往復の接続を含むことができる。通常、第３液体回路は、貯槽システム１４の出口６０から導管６２、弁２２ｂ、ポンプ２０ｂ、マニホルド４８、かつ区画３４のポート４０への接続を含むことができる。第３流体回路は、ポート４２からマニホルド５０、弁２２ｃ、導管６４及び貯槽システム１４の入口６６への接続を更に含むことができる。第３液体回路において、貯槽システム１４からの処理する流体は、通常区画３４へ流れる。生成された処理水は、貯槽システム１４に移行できる。
【００４１】
もう１つの実施態様において、本発明は、濃縮区画の出口から電気再生式脱イオン装置１２の同じ濃縮区画の入口への接続を提供する第４液体回路を提供できる。図２Ｄの概略図に例示するように、第４液体回路は、区画３６の出口４６をマニホルド５４、弁２２ｄに接続でき、弁２２ｄは同様に循環管路３２に接続できる。第４液体回路は、循環管路３２から弁２２ａ、ポンプ２０ａ及び区画３６のポート４４へ、マニホルド５２を通った接続も提供できる。この液体回路は、通常第４液体回路内を流れる濃縮水流を放出できるように、ドレン３０への接続を含むことができる。
【００４２】
図３Ａに例示されているようなもう１つの実施態様において、本発明は、処理水又は少なくとも部分的に処理された水を使用して、電気再生式脱イオン装置１２の洗浄（フラッシュ）を提供する。電気再生式脱イオン装置１２の洗浄は、ポンプ２０ａ及び２０ｂを使用して、弁２２ａ及び２２ｂを通って、かつ付加的にフィルタ２４ａ及び２４ｂを通って、区画３４及び３６に処理水を移行することによって実行できる。この第１洗浄回路は、区画３４が区画３６から外に流れる処理水によって洗浄される前に、区画３６が処理水によって洗浄されるように、順次実行できる。流体方向矢印５６は、貯槽１４からの処理水が、区画３６のポート４４に入る前に、ポンプ２０ａを通りマニホルド５２に流れるために弁２２ａによって方向付けできることを示す。このようにして、処理水は、区画３６内に蓄積された何らかの液体を置き換え又はフラッシュするために使用できる。貯槽１４から処理液体を移行するポンプ２０ａの連続操作は、処理洗浄液体のいかなる液体上流もポート４６を通って出させ、かつ最終的に弁２２ｃによって再循環管路３２へ向け直せるマニホルド５４内へ流れさせることができる。弁２２ｂは、循環管路３２ポンプ２０ｂと接続でき、ポンプ２０ｂは同様に、処理液体が、マニホルド４８を通って流れ、かつポート４０を通って区画３４に入ることを可能にできる。ポンプ２０ａ及び２０ｂのいずれかの使用、又は任意に両方のポンプの連携した使用による処理水の連続した流れ、並びに適切に方向付けられた弁２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄは、実質的に全部又は大部分の工程ライン、特に処理システム１０の湿った部分が、貯槽１４からの処理水によって洗浄されることを可能にできる。場合によっては、電気再生式脱イオン装置１２を洗浄するために使用される処理水は、望ましくないイオン種を有する何らかの液体と混合した後でも、低いＬＳＩを有するか、使用地点１８の要件を受け入れ、かつ満たすために十分に純粋である。本発明は、電気再生式脱イオン装置１０の液体含有物を低いＬＳＩを有する液体と置き換える洗浄システムを更に提供し、いかなるスケール形成の抑制も提供する。液体は、貯槽システム１４に戻せる。ここで使用されるように、低ＬＳＩ水は、約２未満、好ましくは約１未満、かつ更に好ましくは約ゼロ未満のＬＳＩを有する。実施態様によって、本発明は、低い導電率を有する水のような処理液体を提供する。ここで使用されるように、低導電率液体は、約３００μＳ／ｃｍ未満、好ましくは約２２０μＳ／ｃｍ未満、かつ更に好ましくは約２００μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する。
【００４３】
もう１つの実施態様において、本発明は、処理システム１０内に存在し得るスケールが付着する傾向を有する何らかの液体を置き換えることができる第２洗浄回路を提供できる。図３Ｂに概略的に例示された実施態様において、貯槽１４からの、処理水であり得る液体は、弁２２ａ及び２２ｂを通り、ポンプ２０ａ及び２０ｂを通って第１及び第２区画３４及び３６へ並列に流れる。処理水は、マニホルド４８及び５２に流れ、かつそれぞれ４０及び４４を通って区画に入ることができる。処理水の連続した流れは、区画３４及び３６内でスケールを形成する傾向があり得るいかなる液体も置換することができる。洗浄は、処理水が、ポート４２及び４６を通って、マニホルド５０及び５４にそれぞれ流出し、かつ貯槽１４に戻るために最終的に弁２２ｃ及び２２ｄによって方向付けられるように、ポンプ２０ａ及び２０ｂを操作することによって継続できる。この配列又は技術において、処理水のような洗浄流体は、処理システム１０内で蓄積され得た、いかなる液体にも置き換えられる。前記の実施態様によるように、洗浄装置又は洗浄技術は、スケールを形成する傾向があり得るいかなる液体も、低いＬＳＩを有する液体、又はスケールを形成する僅かな傾向を有するか、若しくは傾向を有さない液体で置き換えられる。同様に、洗浄液体は、貯槽システム１４に戻され得る。
【００４４】
本発明の実施態様によっては、貯槽システム１４は、加圧容器、又は入口５８及び出口６０のような、流体の流れのための入口及び出口を有する容器を含む。入口５８は、通常入口点１６に流体的に接続され、かつ出口６０は、通常配水システム又は使用地点１８に流体的に接続される。貯槽システム１４は、数個の容器を有することができ、各容器は同様に、種々の位置に位置決めされた数個の入口を有することができる。同様に、出口６０は、とりわけ、使用地点１８への需要又は流量、電気再生式脱イオン装置１２の容量又は効率、並びに貯槽システム１４の容量又は滞留量次第で種々の位置で各容器に位置決めできる。貯槽システム１４は、望ましい機能を実行するか、又は望ましくない結果を回避する種々の部品又は要素を更に含むことができる。例えば、貯槽システム１４は、貯槽システム１４の容器内のいかなる内部流通も中断させるために位置決めされるバッフルのような、内部部品を有する容器を有することができる。本発明の幾つかの実施態様によれば、貯槽システム１４は、流体を加熱又は冷却する熱交換器を含むことができる。例えば、貯槽システム１４は、容器内の流体の温度に比して高温な加熱流体を持つ加熱コイルを有する容器を含むことができる。加熱流体は、加熱流体温度が、炉内で上昇するように、炉のような、加熱機器操作を伴う閉ループの流れにおける熱水であっても良い。加熱流体は同様に、熱伝達によって容器流体温度を上昇させることができる。内部又は追加部品の他の例は、何らかの容器の内圧を軽減し、かつ容器破裂の可能性を回避、又は少なくとも減少させることを目的とする圧力開放弁を含むが、それらに限定されない。本発明の更にもう１つの実施態様において、貯槽システム１４は、所望の操作圧力を維持するのに適した熱膨張貯槽を含む。熱膨張貯槽の寸法及び容量は、貯槽システムの水の総容量、操作温度及び圧力等（必ずしもそれらに限定はされないが）の要因次第である。
【００４５】
操作中に、貯槽システム１４は、通常、入口点１６の下流に接続し、かつ電気再生式脱イオン装置のような電気化学装置１２と、循環ループ内のように直列に接続される。例えば、入口点１６からの水は、入口５８に流れることができ、かつ貯槽システム１４内に含まれるバルク水と混合できる。バルク水は、出口６０を通って貯槽システム１４から出て使用地点１８へ向かうか、何らかの望ましくない種を浄化又は除去するために、ポンプ２０ａ及び２０ｂを通って電気化学装置１２に向かわされる。電気化学装置１２を離れる処理水は、入口点１６からの水と混合でき、かつ入口６０を通って貯槽システム１４に入ることができる。このようにして、ループが、貯槽システム１４及び電気再生式脱イオン装置１２の間に形成され、かつ入口点１６からの給水は、使用地点１８によって作られ、かつ使用地点１８の水の需要を補充できる。
【００４６】
電気化学装置は、硬度誘発種のようないかなる望ましくない種も、少なくとも部分的に除去することによって、水のような流体を浄化又は処理する何らかの処理装置又はシステムも含むことができる。かかる電気化学装置の例は、電気再生式脱イオン装置、電気透析装置、及び容量脱イオン化装置を含む。とりわけ、本発明のシステム及び技術は、他の処理装置及びシステムを利用できる。例えば本発明は、処理装置として逆浸透装置を利用でき、かつここに記載された種々の装置及び技術は、かかるシステム内に存在するいかなる硬度付着物も最小限に抑えるか、除去するために利用できる。
【００４７】
入口点１６は、水源から処理システムへ、水を提供又は接続する。水源は、都市用水源若しくは井戸水のような飲用水源であっても良く、又は汽水若しくは塩水源のような非飲用水源であっても良い。かかる場合に、中間浄化又は中間処理システムは、通常、入口点１６に到着する前に人間が消費するための水を浄化する。水は、通常、溶解塩又はナトリウム、塩化物、塩素、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸塩、硫酸塩などのイオンもしくはイオン性種、又はシリカ及び二酸化炭素のような、他の非可溶性若しくは半可溶性種又は溶解ガスを含む。その上、水は、フッ化物、塩素酸塩及び臭素酸塩のような添加剤を含むことがある。
【００４８】
本発明のもう１つの実施態様において、処理システム１０は、配水システムを含み、配水システムは、同様に使用地点に接続する。配水システムは、貯槽システム１４から使用地点１８に水、通常は処理水を供給するために、流体的に接続される部品を含むことができる。配水システムは、貯槽システム１４から１つ又は幾つかの使用地点１８に、又は処理システム１０のいずれかの部品に水を提供するために、パイプ、弁、Ｔ字管、ポンプ及びマニホルドのいかなる配列も含むことができる。１つの実施態様において、配水システムは、シンクの蛇口、シャワーヘッド、洗濯機及び皿洗い機への接続を含むが、それらに限定されない家庭又は住宅用配水網を含む。例えば、システム１０は、冷水若しくは熱水、又は両方の家庭配水システムに接続され得る。
【００４９】
本発明のもう１つの実施態様によれば、処理システム１０は、処理システム１０内の少なくとも１つの物理的特性を測定するセンサ２８、通常、水特性センサも含む。例えば、センサ２８は、濁り度、アルカリ度、水導電率、ｐＨ、温度、圧力、組成又は流量を測定できる装置であっても良い。センサ２８は、特に好ましい水特性を測定するために、処理システム１０内に設置又は位置決めできる。例えば、センサ２８は、使用地点１８で供給のために利用可能な水質の指標であり得る、貯蔵水の導電率を測定する貯槽システム１４内に設置された水導電率センサであっても良い。本発明のもう１つの実施態様において、センサ２８は、一連又は一組のセンサを含むことができる。一組のセンサは、制御装置２６が水質を断続的又は連続的に監視できるように、構成でき、配列でき、又は制御装置２６に接続できる。かかる装置において、処理システム１０の性能は、以下に記載するように最適化できる。本発明の他の実施態様は、処理システム１０中の種々の位置で、複数組のセンサの組み合わせを含むことができる。例えば、センサ２８は、使用地点１８への流量を測定する流量センサであっても良く、かつ処理システム１０の操作条件を監視する比濁計、ｐＨ、組成、温度及び圧力センサのいずれかを更に含むことができる。
【００５０】
本発明のもう１つの実施態様によれば、処理システム１０は、水が、例えば貯槽システム１４又は処理装置、例えば電気化学装置に導入される前に、水から何らかの望ましくない種の一部を除去することを目的とする前処理システム２４を更に含むことができる。前処理システムの例には、通常汽水（低塩分の海水）又は塩水を脱イオンするために使用される逆浸透装置を含むが、それらに限定されない。とりわけ、炭素又は木炭フィルタが、汚染するか、又は電気化学装置の操作を妨げ得る少なくとも一部の何らかの塩素又は何らかの種を除去するために必要であり得る。
【００５１】
前処理システム２４は、処理システム１０内のどこにでも位置決めできる。例えば、前処理システム２４を、貯槽システム１４の上流、又は貯槽システムの下流かつ電気再生式脱イオン装置１２の上流に設置し、それによって少なくとも幾つかの塩素種は貯槽システム１４内に保留されるが液体が電気再生式脱イオン装置に入る前に除去される。前処理システム２４は、フィルタ又はフィルタ配列を含むことができる。図１に示すように、前処理システム２４は、区画３４及び３６の上流にフィルタ２４ａ及び２４ｂを含む。他の場合において、前処理システム２４は、貯槽システム１４の上流にフィルタ、並びにポンプ２０ａ及び２０ｂ、及び区画３６及び３４の間にフィルタ２４ａ及び２４ｂを含むことができる。フィルタ２４ａ及び２４ｂは、粒子、炭素、鉄フィルタのいずれか、又はその組み合わせであっても良い。
【００５２】
本発明の他の実施態様によれば、処理システムは、処理システムのいずれかの部品内で蓄積し得る細菌のような何らかの微生物の除染又は不活性化を可能にするそのいずれかの部分に配置される前又は後処理装置又はシステムを更に含むことができる。例えば前処理装置は、本発明の分配システムに流体的に接続され得る。本発明の他の実施態様において、後処理装置は、使用地点に送り出される前に、流体を処理できる。微生物を駆除又は不活性化できるかかる装置又はシステムの例は、化学線、又は紫外線及び／又はオゾンを提供するものを含む。かかる装置の他の例は、限外濾過又は精密濾過によって細菌を除去するものを含む。本発明の他の実施態様によれば、処理システムは、処理システムの１つ以上の部品を消毒する、１つ以上の化学薬品供給システムを更に含むことができる。例えば、化学処理システムは、いかなる細菌も駆除するか、又は不活性にする化学薬品を送り出すために処理システムのいずれかの部品に流体的に接続できる。かかる化学薬品の例は、酸、塩基又はアルコールのような他の消毒化合物を含むが、それらに限定されない。本発明の更なる実施態様において、熱水消毒装置は、本発明の処理システムに流体的に接続できる。熱水消毒システムは、処理システムのいずれかの部品内で蓄積し得るいかなる細菌も駆除又は不活性にする熱水を提供できる。
【００５３】
本発明の更にもう１つの実施態様において、処理システム１０は、部品を含む処理システム１０の操作条件を監視及び制御可能な制御装置２６を更に含む。制御装置２６は、処理システム１０の部品への入力及び出力信号を受信又は送信する、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）又は分散制御システムのような、通常マイクロプロセッサベースの装置である。本発明の１つの実施態様において、制御装置２６は、電気再生式脱イオン装置１２に電力を供給する電源（図示せず）に信号を、又はポンプ２０ａ及び２０ｂのモータを付勢するモータ制御センタに信号を送信するＰＬＣであっても良い。本発明のある種の実施態様において、制御装置２６は、開ループ又は閉ループ制御方式で、処理システム１０の操作条件を調整する。例えば、開ループ制御中の制御装置２６は、水が、いかなる操作条件も測定することなく処理されるように、処理システムに信号を提供できる。対照的に、制御装置２６は、操作パラメータが例えばセンサ２８によって測定される操作条件次第で調整できるように、閉ループ制御中で操作条件を制御できる。本発明の更にもう１つの実施態様において、制御装置２６は、遠隔ステーションに測定された操作条件又は操作パラメータを転送又は送信する遠隔通信装置のような、通信システムを更に含むことができる。
【００５４】
本発明のもう１つの実施態様によれば、制御装置２６は、液体の流れが、入口点１６からの水質、使用地点１８への水質、使用地点１８への水の需要又は水質、電気再生式脱イオン装置１２の操作効率及び容量を含むが、それらに限定されない種々のパラメータ、又は濁り度、アルカリ度、水導電率、ｐＨ、組成、温度、圧力及び流量のような種々の操作条件のいずれかに基づき方向付けられるように、弁２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄを作動させる信号を提供できる。本発明の１つの実施態様において、制御装置２６は、制御装置２６が、処理システム１０の操作パラメータを監視可能であっても良いように、センサ２８からの信号を受信できる。例えば、センサ２８は、貯槽システム１４内の水導電率が、制御装置２６によって監視できるように、貯槽システム１４内に設置された水導電率センサであっても良い。制御装置２６は、センサ２８によって測定された水質に基づき、電気再生式脱イオン装置１２に電場を提供できる、電源を制御する。従って操作中、制御装置２６は、電源２４から例えば電気再生式脱イオン装置１６に供給される電圧及び電流を増加又は減少させるか、さもなければ調整できる。
【００５５】
更にもう１つの実施態様において、本発明は、システム操作圧力のような、少なくとも１つの測定されたパラメータに応じて、操作パラメータ、例えばドレン３０への放出量、又は放出期間の調整を図る。例えば、図１の弁（図示せず）がドレン３０に開放して作動される間の期間は、使用地点１８に供給される液体の測定圧力に基づき、調整できる。場合により、弁は、測定圧力を減少させるために開放して作動され得るか、又は測定圧力が、所定値未満である時、弁のタイプ次第で最低限に作動され得る。かかる二次制御方式は、上記の弁を作動させる既存の制御ループのいずれかの中に組み込まれるか、又はネットワーク化できる。
【００５６】
本発明のもう１つの実施態様により、弁は、圧力制御ループの一部、並びに濃縮放出制御ループの一部となることができる。例えば、濃縮水流の測定された導電率が、設定点に達する時、弁は、制御装置２６によって作動できる。弁を組み込んだ別個の圧力制御ループは、システム１０内の圧力を軽減するために、既存の制御ループ内で重畳されるか、又はネットワーク化できる。上述の制御方式のいずれにおいても、制御ループには、フィードバック制御、並びに比例、微分、積分（ＰＩＤ）制御又は好ましくはその組み合わせを組み込める。本発明のもう１つの実施態様において、濃縮水流の放出をドレン３０に方向付ける制御ループは、制御信号を提供するために、使用地点１８に送り出される液体の圧力次第であるか、又はそれを計算に入れる、ネットワーク化された制御ループパラメータを有することができる。
【００５７】
本発明のもう１つの実施態様において、制御装置２６は、所定のスケジュールに従って、又は水質のような操作条件又は他のいずれかの操作パラメータに従って、電源から電気再生式脱イオン装置１２への印加電流の方向を逆にできる。極性反転は、例えば米国特許第４９５６０７１号明細書でＧｉｕｆｆｒｉｄａ等によって記載されている。
【００５８】
制御装置２６は、処理システム１０の耐用年数及び効率を最大にするか、又は処理システム１０の操作コストを減少させることが可能であるように構成されるか、プログラミングによって設定されるか、あるいは自律調整ができる。例えば、制御装置２６は、電気再生式脱イオン装置のような、電気化学装置への印加電圧及び電流、電気再生式脱イオン装置の濃縮及び減耗区画を通る流量、又は電気再生式脱イオン装置若しくは前処理システム、又は両方から、ドレン３０への放出流量を調整する、使用者が選択可能な設定点、又は自己調整設定点を有するマイクロプロセッサを含むことができる。定常の実験法の域を出ないものを使用すれば、開示された処理システムの一部としての制御装置の他の修正及び等価物が、当業者の心に浮かぶであろう。例えば、水使用率又は水使用時間のような、種々の入力条件に基づく操作パラメータの変化を警告することが可能な、適応的、自己調整、又は自己診断技術を組み込むことは、本発明の範囲及び精神の中にあると考えられる。制御装置２６は、不安定なオンオフ制御又はチャッタリングの可能性を減少させるために、不感帯制御部を含むことができる。不感帯は、制御信号の不必要な応答を引き起こさないようなセンサが提供する信号出力の範囲を指す。不感帯は、本発明の実施態様によっては、センサ内に本質的に存在し得るか、又は制御システムの一部としてプログラムされ得るか、又は両方である。不感帯制御は、測定偏位を平滑にすることによって不必要な断続的操作を回避できる。かかる制御技術は、又は処理システム１０の部品の寿命又は部品が故障する前の平均時間を長引かせることができる。使用できる他の技術は、多数決方式、時間平滑化若しくは時間平均化測定又はその組み合わせの使用を含む。
【００５９】
本発明のもう１つの実施態様において、通常は補助的用途に使う廃棄物水流からの水は、追加的又は副次的利益を提供することができる。例えば、廃棄物水流は、ドレン３０に行くよりもむしろ、灌漑用、再利用、収集された又は濃縮された塩の回収用のような、何らかの住宅、商業又は産業用途の灌漑用水を提供するために使用され得る。
【００６０】
処理システムは、電気化学装置の電極区画に処理水、又は場合により軟水を提供できる流体回路を含むことができる。流体回路は、処理水源から電気化学装置の電極区画への流体接続を含むことができる。流体回路は、塩素のような電気化学装置の操作を妨げ得るいかなる種も除去できる、炭素フィルタのような前処理ユニットも含むことができる。流体回路は、例えば前処理ユニットの下流で、例えば電気再生式脱イオン装置の減耗及び濃縮区画の少なくとも一方への流体接続も含むことができる。本発明の１つの実施態様において、流体回路接続は、電極区画から出る流体が、例えば一緒に混合できるか、又は減耗区画内で処理する流体と混合できるように接続を提供する。流体回路は、流体の流れを電気化学装置への往復に、並びに貯槽システムへの往復に方向付けができるポンプ及び弁も含むことができる。場合によって、流体回路は、電気再生式脱イオン装置の電極区画を通る並列の流路を作る流体接続を提供するために、配列される。他の配列及び構成は、例えば一方の電極区画から他方への直列流路、単一、複数又は専用の前処理ユニット、並びに流体回路中で逆浸透、イオン交換及び電気再生式脱イオン装置又はその組み合わせを含むが、それらの限定されない複数又は段階的処理ユニットの使用を含み、本発明の範囲内であると考えられる。
【００６１】
処理システムは、減耗区画から電気再生式脱イオン装置の少なくとも１つの電極区画への流体接続を提供する流体回路を含むことができる。かかる配列は、処理水、好ましくは低いＬＳＩを有する水を電極区画に提供できる。流体回路は、流体の流路が、電極区画を通って直列又は並列であっても良いように配列できる。流体回路は、電極区画から出る流体が、使用地点に、例えば配水システムを経由して送り出されることを可能にするための流体接続を更に含むことができる。本発明による配列によっては、流体回路は、未処理流体が、いずれかの電極区画から出る流体と混合できるように流体接続を含むことができる。この混合物は、使用地点に送り出すことができる。本発明のもう１つの実施態様において、流体回路は、例えば、減耗区画から出る処理流体が、貯槽システムへ移行でき、かつ入口点からの未処理流体と混合でき、かつ混合物を、使用地点、及びオプションとして並列又は直列流路での電気再生式脱イオン装置の電極区画に送り出せるように、貯槽システムへの往復の流体接続を更に含むことができる。電極区画洗浄用混合流体を生成するための、例えば処理及び未処理水の混合を含む、他の配列及び組み合わせは、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００６２】
本発明は、例示的であり、かつ本発明の範囲を限定することが意図されない次の実施例を介して更に例示される。
【００６３】
（実施例）
図４に概略的に示す直列の加圧処理システムが組み立てられ、かつ評価された。処理システム１０は、電気脱イオン化モジュール１２及び加圧貯蔵容器１４を含む。入口点１６からの水は、加圧貯蔵容器１４に入口５８を通って導入され、かつポンプ２０ａ及び２０ｂを使用して循環させ、かつ前処理ユニット２４ａ及び２４ｂ、並びに電気再生式脱イオン装置１２を通過した。処理システムは、センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び２８ｄのいずれかによって測定された、測定水導電率に基づき、プログラマブルコントローラ（図示せず）によって制御された。
【００６４】
電気再生式脱イオン装置１２は、長さ約７．５インチ（約１９センチ）及び幅約２．５インチ（約６．４センチ）の流路を有する、１０セル対スタックからなる。各セルは、約４０％のＡＭＢＥＲＬＩＴＥ（登録商標）ＳＦ１２０樹脂及び約６０％のＡＭＢＥＲＬＩＴＥ（登録商標）ＩＲＡ４５８樹脂で満たされ、両方ともＲｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから入手可能である。電気再生式脱イオン装置は、酸化ルテニウムで被覆された膨張チタン電極を有する。
【００６５】
制御装置は、Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎから入手可能な、ＭＩＣＲＯＬＯＧＩＸ（商標）１０００プログラマブルコントローラである。電気再生式脱イオン装置は、流れスイッチ信号によって、又は加圧容器から離れる出口水流の水導電率が、設定点よりも高い時に、起動するように設定された。電気再生式脱イオン装置は、導電率が設定点に到達するまで稼働した。電気再生式脱イオン装置からの供給物は、第２供給ポンプを介して加圧容器から循環された。電気再生式脱イオン装置に印加された電場の極性は、約１５分毎に逆にされた。電気再生式脱イオン装置１２の部品を制御することに加えて、ＰＬＣは、センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ及び２８ｄからの測定データを収集し、貯蔵し、かつ転送した。
【００６６】
加圧容器１４は、約３０ガロンの容量を有する直径１０インチ（約２５.４センチ）のガラス繊維容器であった。加圧容器１４には、弁頭と中心マニホルドパイプが取り付けられた。電気再生式脱イオン装置から離れる濃縮水流は、部分的に循環し、かつ弁２２ｃ、２２ｄ及び２２ｅを作動させることによって部分的にドレン３０に排出された。入口点１６からの補給水が、ドレン３０に排出されたいかなる水も補うために、循環水流に供給された。
【００６７】
前処理ユニット２４ａ及び２４ｂは、各々が２５マイクロメートルの等級を有するエアレーション鉄フィルタ、２０インチ（５０.８センチ）×４インチ（１０.２センチ）の沈殿物フィルタ、及び２０インチ×４インチ（同前）の炭素ブロックフィルタからなる。
【００６８】
１つの流れの方向において、圧力容器１４からの水は、電気再生式脱イオン装置１２の減耗区画へ導入される前に、ポンプ２０ａによって、弁２２ａを通って前処理ユニット２４ａへくみ上げられた。電気再生式脱イオン装置１２からの処理水は、弁２２ａによって圧力容器１４内の貯蔵へ方向付けられた。除去したイオン種を収集した流体は、弁２２ｄ及び２２ｂを駆動することによって前処理ユニット２４ａ、並びに電気再生式脱イオン装置１２の濃縮及び電極区画を通ってポンプ２０ｂによって循環した。印加電界の極性が逆にされた時、流れの方向は、ポンプ２０ａ、前処理ユニット２４ａ及び弁２２ａが、イオン種を蓄積した液体を循環させるように、対応して調整された。同様に、被処理水は、電気再生式脱イオン装置１２の減耗区画内に導入され、かつ処理される前に、ポンプ２０ｂを使用して、圧力容器１４から弁２２ｄを通り、前処理ユニット２４ｂへくみ上げられた。処理水は、弁２２ｄによって圧力容器１４に向けられた。
【００６９】
使用地点１８へ、加圧容器１４の出口６０からの流れ指示器２８ｃによって測定された処理水の流量は、弁２２ｆ及び２２ｇを調整することによって制御された。濃縮又は廃棄物水流を放出するために、弁２２ｅは、必要に応じて操作された。入口点１６からの水は、ドレン３０に放出されるか、又は使用地点１８で消費される流体を補充し、かつ置き換えるために使用された。
【００７０】
処理システムは、約２２０μＳ／ｃｍの目標設定点に到達し、かつ約１分間安定であるまで、操作された。電気再生式脱イオン装置への印加電圧は、約４６ボルトであった。減耗及び濃縮区画への流量は、１分当たり約４．４リットルに維持された。排出流量は、約３０秒毎に約２７０ｍｌを放出するように制御された。容器内の圧力は、約１５ｐｓｉｇ〜約２０ｐｓｉｇであった。
【００７１】
図５は、処理システムの運転時間の関数としての、種々の水流の測定導電率を示す。表１及び２は、それぞれテストの開始及び終了時で処理システムの種々の水流の測定された特性を要約する。表１に表したデータは、約４１２μＳ／ｃｍの導電率を有する、電気再生式脱イオン装置１２への、図５で貯槽アウト（ｔａｎｋｏｕｔ）導電率と標識を付された初期供給水流が、約３１２μＳ／ｃｍの導電率を有する、図５でスタックアウト（ｓｔａｃｋｏｕｔ）導電率と標識を付された初期希釈水流を生成するために、実質的なｐＨ変化なしに処理されることを示した。同様に、試運転の終了時に、約２２１μＳ／ｃｍの導電率を有する水は、約１６４μＳ／ｃｍの低い導電率の水を生成するために、実質的なｐＨ変化なしに処理された。試運転終了時の供給水流の低い導電率は、数回の通過にわたって望ましくない種を効果的に除去した循環の効果を反映すると考えられる。それ故に、データは、図４に概略的に例示されたシステムが、家庭又は住宅用途に適した水を処理又は軟化できることを示す。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
【表２】
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【００７４】
本発明は、液体として水を使用して記載されたが、そのように限定されるべきでない。例えば、処理水に言及する場合、他の流体が、本発明のシステム内で、又はこの方法に従って処理できると考えられる。更に、水又は水の特性に関して調整、修正、測定又は稼働する本発明のシステムの部品又は方法のステップに言及する場合、本発明が同様に適用できると考えられる。それ故に、処理する流体は、水を含む混合物である流体であり得る。従って流体は、水を含む液体であっても良い。
【００７５】
当業者は、ここに記載された全てのパラメータ及び構成が、例となることが意図され、かつ実際のパラメータ及び構成は、本発明のシステム及び方法が使用される仕様書の応用次第であることを容易に認めるであろう。当業者は、定常の実験法の域を出ないものを使用することによって、ここに記載された本発明の具体的な実施態様の多くの等価物を認識する又は確認できるはずである。例えば、本発明は、逆浸透及び紫外線装置のような、但しこれらに限定されない他の単位操作の使用を含む。従って、更なる実施態様が例としてのみ示されること、及び添付の請求項及びその等価物の範囲内で、本発明が具体的に記載された以外の方法で実施できることが、理解されるべきである。本発明は、ここに記載された各個別の特徴、システム、又は方法を対象とする。その上、２つ以上のかかる特徴、システム、又は方法のいかなる組み合わせも、かかる特徴、システム、又は方法が互いに矛盾していないという条件で、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の１つ以上の実施態様による、電気化学装置と直列の貯槽を示す処理システムの概略流れ図である。
【図２Ａ】本発明の１つ以上の実施態様による、内部を流れる第１液体回路を例示する処理システムの概略流れ図である。
【図２Ｂ】本発明の１つ以上の実施態様による、内部を流れる第２液体回路を例示する処理システムの概略流れ図である。
【図２Ｃ】本発明の１つ以上の実施態様による、内部を流れる第３液体回路を例示する処理システムの概略流れ図である。
【図２Ｄ】本発明の１つ以上の実施態様による、内部を流れる第４液体回路を例示する処理システムの概略流れ図である。
【図３Ａ】本発明の１つ以上の実施態様による、内部を流れる洗浄流体の流れを例示する処理システムの概略流れ図である。
【図３Ｂ】本発明の１つ以上の実施態様による、内部を流れる洗浄流体の流れを例示する処理システムの概略流れ図である。
【図４】実施例に記載された本発明のもう一つの実施態様による、処理システムの概略流れ図である。
【図５】図４に概略的に示した処理システムの測定された導電率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１０  処理システム
１２  電気化学装置
１４  貯槽
１６  入口点
１８  使用地点
２０ａ、２０ｂ  ポンプ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ  弁
２６  制御装置
２８、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ  センサ
３２  循環管路
３４  第１区画
３６  第２区画
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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