(57)【要約】      （修正有）【課題】低エネルギーの海水淡水化複合装置を提供する。【解決手段】装置は、部分的に処理された水を生成する２つの電気透析装置３２１Ａ、３２２Ｂと、イオン交換サブシステム３３０と、電気脱イオン装置とを、備える。２つの電気透析装置３２１Ａ、３２２Ｂは、各々減耗区画３２１Ｄ１、３２２Ｄ２と濃縮区画３２１Ｃ１、３２２Ｃ２を有する。電気脱イオン装置は、減耗区画５１１、５１２と、濃縮区画５４１を有する。部分的に処理された水をイオン交換サブシステム３３０の軟化装置によって軟化して、スケール形成の可能性を減少させ、標的特性を有する水を生成する電気脱イオン装置内でのエネルギー消費を減少させる。【選択図】図３
0003174102.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
その内部に固体を溶解した水源に流体的に接続された第１減耗区画であって、カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜により少なくとも部分的に画定されている減耗区画；
第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体源の下流に流体的に接続され、且つカチオン選択膜を通して第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画；及び
前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水性液体源の下流で流体的に接続され、且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画；を備える電気脱イオン装置。
【請求項２】
前記第１水性液体が約４重量％未満の第１溶解固形分濃度を有する海水である請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項３】
前記第２水性液体が少なくとも約１０重量％の第２溶解固形分濃度を有するブラインである請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４】
前記第１減耗区画が、約２，５００ｐｐｍ未満の溶解固形分濃度を有する水源に、流体的に接続されている請求項３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項５】
前記第１溶解固形分濃度に対する前記第２溶解固形分濃度の比が少なくとも約３である請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項６】
水源に流体的に接続され且つ第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜によって少なくとも部分的に画定される第１減耗区画；
第１溶解固形分濃度を有する第１水溶液源に流体的に接続された第１濃縮区画であって、第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜のうちの１つを通して、前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画；並びに
前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水溶液源に流体的に接続された第２減耗区画であって、典型的には、第２カチオン選択膜及び第２アニオン選択膜のうちの１つを通して、前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画；を備える、内部にイオン種を溶解した水を処理する水処理装置。
【請求項７】
前記第２溶解固形分濃度よりも低い第３溶解固形分濃度を有する第３水溶液源及び前記第１水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された第２濃縮区画であって、第２アニオン選択膜及び第２カチオン選択膜のうちの１つを通して第２減耗区画とイオン的に連通する第２濃縮区画を、更に備える請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２濃縮区画が、前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画と、イオン的に連通する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１減耗区画と前記第２濃縮区画とをイオン的に接続する塩橋を更に備える請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２水溶液源及び前記第３溶解固形分濃度よりも高い第４溶解固形分濃度を有する第４水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された第３減耗区画を更に備え、前記第３減耗区画が第３カチオン選択膜を通して前記第２濃縮区画とイオン的に連通する請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１水溶液源、前記第３水溶液源並びに前記第２溶解固形分濃度及び前記第４溶解固形分濃度のいずれよりも低い第５溶解固形分濃度を有する第５水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された第３濃縮区画を更に含み、前記第３濃縮区画は第３アニオン選択膜を通して前記第３減耗区画とイオン的に連通する請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第３濃縮区画が前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通している請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第３濃縮区画が、塩橋を通して、前記第１減耗区画とイオン的に連通する請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
電極を有さない請求項６に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１減耗区画及び前記第１濃縮区画が、同じ源の下流に、流体的に接続された請求項６に記載の装置。
【請求項１６】
海水源に流体的に接続された第１減耗区画入口及び第１減耗区画出口を有する少なくとも１つの第１減耗区画と、
第１濃縮区画入口及び第１濃縮区画出口を有する少なくとも１つの第１濃縮区画とを備える少なくとも１つの電気透析装置；
前記海水源に流体的に接続された第２減耗区画入口及び第２減耗区画出口を有する少なくとも１つの第２減耗区画と、
前記海水源に流体的に接続された第２濃縮区画入口及びブライン出口を有する少なくとも１つの第２濃縮区画と、を備える少なくとも１つの第２電気透析装置；
前記第１減耗区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つに流体的に接続されたイオン交換器入口と、イオン交換器出口と、を有する少なくとも１つのイオン交換ユニット；並びに
前記イオン交換器出口に流体的に接続された第１減耗区画であって、第１カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定していてもよい第１減耗区画と、
前記海水源に流体的に接続され且つ前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画と、
前記ブライン出口の下流に流体的に接続され且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画と、を有する少なくとも１つの電気脱イオン装置；を備える海水淡水化複合装置。
【請求項１７】
前記第１濃縮区画及び前記第２減耗区画のうちの少なくとも１つがイオン交換樹脂を含まない請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置が、
前記第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定され且つ前記海水源に流体的に接続された入口を有する第２濃縮区画と、
第２カチオン選択膜を通して前記第２濃縮区画とイオン的に連通し、且つ前記ブライン出口、前記第１濃縮区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つと流体的に接続された入口を有する第３減耗区画と、を更に備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項１９】
前記第１濃縮区画、前記第２減耗区画、前記第２濃縮区画及び前記第３減耗区画のうちの少なくとも１つがイオン交換樹脂を含まない請求項１８に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２０】
前記第１濃縮区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つに流体的に接続されたブライン貯蔵タンクを更に備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２１】
前記ブライン貯蔵タンクが、前記少なくとも１つのイオン交換ユニットに流体的に接続された出口を、備える請求項２０に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２２】
前記第１減耗区画の下流且つ前記イオン交換ユニットの上流に流体的に接続された第３減耗区画を有する第３電気透析装置を更に備える請求項２１に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２３】
前記第２減耗区画の下流且つ前記イオン交換ユニットの上流に流体的に接続された第４減耗区画を有する第４電気透析装置を更に備える請求項２２に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２４】
少なくとも１つの前記第１電気透析装置が、前記少なくとも１つの第１減耗区画及び前記少なくとも１つの第１減耗区画の間に配置された、一価選択膜を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２５】
前記電気脱イオン装置の前記第１減耗区画がイオン交換媒体の混床を備える請求項２４に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２６】
前記海水源の下流であって、前記少なくとも１つの第１電気透析装置、前記少なくとも１つの第２電気透析装置及び前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、のうちの少なくとも１つの上流に、流体的に接続された少なくとも１つの前処理単位操作を更に含む請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの前処理単位操作が、濾過装置、塩素化装置、脱塩素装置及び圧力駆動装置なる群から選択される、少なくとも１つのサブ複合装置を備える請求項２６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２８】
前記前処理単位操作は、マイクロフィルタ、サンドフィルタ、粒子フィルタ及びナノ濾過装置、のうちの少なくとも１つを備える請求項２７に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置の少なくとも１つは、陽極コレクタと、陰極コレクタと、陽極及び陰極コレクタとイオン的に連通する塩橋と、を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、前記少なくとも１つの第１電気透析装置及び前記少なくとも１つの第２電気透析装置、のうちの少なくとも１つは、塩化物種を溶解した水溶液源の下流に流体的に接続された陽極区画を備え、前記陽極区画が、塩素出口及び次亜塩素酸塩出口のうちの１つを備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、前記少なくとも１つの第１電気透析装置及び前記少なくとも１つの第２電気透析装置、のうちの少なくとも１つは、苛性流れ出口を備える第２電極区画を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのイオン交換ユニットが塩化物型アニオン交換樹脂を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項３３】
海水源；
第１海水流中の一価の種の濃度を選択的に減少させて第１希釈流を生成する手段；
第２海水流中の溶解固形分濃度を増加させてブライン流を生成する手段；
前記第１希釈流中で二価種の少なくとも一部を一価種に交換する手段であって、第２希釈流出口を有する手段；及び
前記第２希釈流出口に流体的に接続された減耗区画及び
前記減耗区画とイオン的に連通する濃度誘起電位を提供する手段を有する電気化学分離装置；を備える淡水化複合装置。
【請求項３４】
前記第１海水流中の溶解固形分濃度を増加させる前記手段が、前記海水源に流体的に接続された減耗区画と一価選択膜によって前記減耗区画から分離された濃縮区画とを有する電気透析装置を、備える請求項３３に記載の淡水化複合装置。
【請求項３５】
前記第２海水流中の溶解固形分濃度を増加させる前記手段が、前記海水源に流体的に接続された濃縮区画と前記ブライン流を提供するブライン出口とを有する電気透析装置を、含む請求項３３に記載の淡水化複合装置。
【請求項３６】
濃度誘起電位を提供する前記手段が、
第１全溶解固形分濃度を有する第１半電池供給流の源に流体的に接続された第１半電池区画と、
前記第１全溶解固形分濃度よりも高い第２全溶解固形分濃度を有する第２半電池供給流の源に流体的に接続された第２半電池区画とを、備える請求項３５に記載の淡水化複合装置。
【請求項３７】
前記第１半電池区画が海水源に流体的に接続され、前記第２半電池区画がブライン源に流体的に接続される、請求項３６に記載の淡水化複合装置。
【請求項３８】
内部に固体を溶解した水の源に流体的に接続された減耗区画であって、カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜により少なくとも部分的に画定された減耗区画；並びに
第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体源に流体的に接続され且つ前記カチオン選択膜及び前記第１アニオン選択膜のうちの１つを通して前記減耗区画とイオン的に連通する第１半電池区画と、
前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水性液体源の下流に流体的に接続され且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１半電池区画とイオン的に連通する第２半電池区画とを備える、前記減耗区画とイオン的に連通する濃度半電池対；を備える電気脱イオン装置。
【請求項３９】
前記第１水性液体が海水である請求項３８に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４０】
前記第２水性液体が、少なくとも約１０重量％の第２溶解固形分濃度を有する、ブライン流である請求項３９に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４１】
前記第１溶解固形分濃度に対する前記第２溶解固形分濃度の比が、少なくとも約３である請求項３８に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４２】
第１脱塩段階において海水の一価種濃度を減少させ、部分的に脱塩された水を生成する装置；
海水中の全溶解固形分濃度の少なくとも二倍である全溶解固形分濃度を有するブライン溶液を、海水から生成する装置；
前記部分的に脱塩された水を、電気駆動分離装置の減耗区画に導入する装置；及び
前記減耗区画中の部分的に脱塩された水から濃度電池対区画への溶解種の少なくとも一部の輸送を促進しながら、前記電気駆動分離装置の濃度電池対において濃度誘起電位を創り出す装置；からなる海水を淡水化する装置。
【請求項４３】
前記部分的に脱塩された水中の溶解非一価種の少なくとも一部を、溶解された一価種で、置き換える装置を更に含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
海水の前記一価種濃度を減少させることにより、電気透析装置中の溶解一価種濃度を選択的に減少させる装置を含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記ブライン溶液を生成することにより、溶解種の少なくとも一部の、海水から、電気透析装置の濃縮区画中を流れる第２海水流への、輸送を促進する装置を含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４６】
電解装置、電気透析装置及び前記電気駆動分離装置の少なくとも１つの陽極区画中で、塩素及び次亜塩素酸塩種の少なくとも一方を電解で発生させる装置と、
前記電解装置、前記電気透析装置及び前記電気駆動分離装置のうちの少なくとも１つの、１つ以上の区画中で苛性流を電解で発生させる装置とを更に含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４７】
発生した塩素又は発生した次亜塩素酸塩種により、海水の少なくとも一部を少なくとも部分的に消毒する装置を更に含む請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
第１脱塩段階において海水の前記一価種濃度を減少させる前に、前記海水の少なくとも一部を、ナノ濾過システムに通す装置を更に含む請求項４２に記載の装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、海水を淡水化する装置に関し、特に、濃度に基づく電位の半電池対を有する段階的電気透析装置及び電気脱イオン装置を伴う、低エネルギー消費で海水を淡水化する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水の淡水化は、蒸気圧縮蒸留、多段フラッシュ蒸留等のような熱プロセスが大半を占めていた。大部分の熱プラントは、海水を脱塩するために利用できる電力が豊富な場所に位置する。電気透析は、典型的には、汽水を脱塩又は淡水化するために使用された。現在では、逆浸透淡水化システムが、より目立っている。というのは、このシステムは、熱システムと比較して、所要電力が低く、且つ資本経費並びに運転経費及び維持経費が、より安いからである。逆浸透システムにおけるエネルギー回収装置の使用は、エネルギー消費を更に減少させた。しかしながら、逆浸透技術は、典型的には、少なくとも約２．５ｋＷｈ／ｍ３を必要とする。熱プロセスは、淡水化に必要とされる相変化のために、電力消費が高くあり続けるであろう。廃熱が利用可能ならば、膜蒸留のようなプロセスが、１．５ｋＷｈ／ｍ３のように低い所要電力で使用できる。
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本考案では、低電力消費条件で操作される電気透析装置及び半電池対を発生させる電気透析装置電位を使用することにより、従来の逆浸透に基づく海水淡水化システムと比較して、相対的にエネルギー必要量が低い淡水化システムが提供される。
【０００４】
本考案の１つ以上の側面は、その内部に固体を溶解した水源に流体的に接続された第１減耗区画であって、カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜により少なくとも部分的に画定されている減耗区画；第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体源の下流に流体的に接続され、且つカチオン選択膜を通して第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画；及び、第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水性液体源の下流に流体的に接続され、且つ第２アニオン選択膜を通して第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画；を備える電気脱イオン装置を対象とすることができる。
【０００５】
本考案の１つ以上の側面は、その内部にイオン種を溶解した水を処理する装置を対象とすることができる。この装置は、幾つかの実施態様において、水源に流体的に接続され、且つ第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜によって少なくとも部分的に画定される第１減耗区画；第１溶解固形分濃度を有する第１水溶液源に流体的に接続された第１濃縮区画であって、第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜の内の１つを通して、第１減耗区画と典型的にはイオン的に連通する第１濃縮区画；並びに、第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水溶液源に流体的に接続された第２減耗区画であって、第２カチオン選択膜及び第２アニオン選択膜の内の１つを通して、第１濃縮区画と典型的にはイオン的に連通する第２減耗区画；を備えていてもよい。
【０００６】
本考案の１つ以上の側面は、海水淡水化システムを対象とすることができる。淡水化システムは、海水源に流体的に接続された第１減耗区画入口及び第１減耗区画出口を有する少なくとも１つの第１減耗区画と、第１減耗区画入口及び第１減耗区画出口を有する少なくとも１つの第１濃縮区画と、を備える少なくとも１つの第１電気透析装置；海水源に流体的に接続された第２減耗区画入口及び第２減耗区画出口を有する少なくとも１つの第２減耗区画と、海水源に流体的に接続された第２濃縮区画入口及びブライン出口を有する少なくとも１つの第２濃縮区画と、を備える少なくとも１つの第２電気透析装置；並びに、前記第１減耗区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つに流体的に接続されたイオン交換器入口と、イオン交換器出口と、を有する少なくとも１つのイオン交換ユニット；イオン交換器出口に流体的に接続された第１減耗区画であって、第１カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定されている第１減耗区画と、海水源に流体的に接続され、第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画と、ブライン出口から下流に流体的に接続され、第２アニオン選択膜を通して第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画と、を有する少なくとも１つの電気脱イオン装置；を備えていてもよい。
【０００７】
本考案の１つ以上の側面は、少なくとも部分的に海水を有し又は海水であってもよい水源；第１海水流中のモノ選択種（ｍｏｎｏｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｐｅｃｉｅｓ）の濃度を選択的に減少させて第１希釈流を生成する手段；第２海水流中の溶解固形分濃度を増加させてブライン流を生成する手段；第１希釈流中で二価種の少なくとも一部を一価種に交換する手段であって、典型的には、第２希釈流出口を有する手段；並びに電気化学分離装置；を備える淡水化システムを伴っていてもよい。電気化学分離装置は、典型的には、前記第２希釈流出口に流体的に接続された減耗区画及び前記減耗区画とイオン的に連通する濃度誘起電位を提供する手段を、備える。
【０００８】
本考案の１つ以上の更なる側面は、その内部に固体を溶解した水源に流体的に接続された減耗区画であって、カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜により少なくとも部分的に画定された減耗区画と、減耗区画にイオン的に連通する濃度半電池対と、を備える電気脱イオン装置を対象とすることができる。濃度半電池対は、典型的には、第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体源に流体的に接続され且つカチオン選択膜及び第１アニオン選択膜のうちの１つを通して減耗区画とイオン的に連通する第１半電池区画と、第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水性液体源の下流に流体的に接続され且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１半電池区画とイオン的に連通する第２半電池区画と、を備える。
【０００９】
本考案の１つ以上の更なる態様は、第１脱塩段階において海水の一価種濃度を減少させて部分的に脱塩された水を生成する装置；典型的には海水中の全溶解固形分濃度の少なくとも２倍の全溶解固形分濃度を有するブライン溶液を、海水から生成する装置；部分的に脱塩された水を、電気駆動分離装置の減耗区画に導入する装置；減耗区画中の部分的に脱塩された水から濃度電池対区画への少なくとも一部の溶解種の輸送を促進しながら、電気駆動分離装置の濃度電池対中で濃度誘起電位を創り出す装置；を含んでなる、海水を淡水化する装置を対象とすることができる。
【００１０】
添付の図面は、原寸に比例して描くことを意図していない。図面において、種々の図中に示した、各々、同一の又は略同一の構成要素は、同様の番号で表わされている。簡明にするため、全ての構成要素を全ての図面中で標識付けしているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の１つ以上の実施態様によるシステムの概略フローダイアグラムである。
【図２】本考案の１つ以上の更なる実施態様によるシステムの概略フローダイアグラムである。
【図３】本考案の１つ以上の実施態様による海水淡水化システムの概略フローダイアグラムである。
【図４】本考案の１つ以上の側面による１つ以上のシステムで利用できる電気脱イオン装置の一部の略図である。
【図５】本考案の１つ以上の側面による電気脱イオン装置の一部の略図である。
【図６Ａ】本考案の１つ以上の側面による無電極連続脱イオン装置の一部の略図である。
【図６Ｂ】本考案の１つ以上の側面による無電極連続脱イオン装置の一部の略図である。
【図７】本考案の１つ以上の側面による予測エネルギー必要量を示すグラフである。
【図８】本考案の１つ以上の側面によるドナン増強電気脱イオン（ＥＤＩ）モジュールの略図である。
【図９Ａ】本考案の１つ以上の側面によるシステムの略図である。
【図９Ｂ】本考案の１つ以上の側面によるシステムの略図である。
【図１０Ａ】本考案の１つ以上の側面により利用できる電気透析手順の略図である。
【図１０Ｂ】本考案の１つ以上の側面により利用できる電気透析手順の略図である。
【図１１Ａ】本考案の１つ以上の側面による標準イオン選択膜を有する電気透析装置を利用して合成塩水（「ＮａＣｌ溶液」）及び海水を処理する際に必要とされるエネルギーを、標的生成物の全溶解固形分濃度に対比して、示すグラフである。
【図１１Ｂ】本考案の１つ以上の側面によるモノ選択膜を有する電気透析装置を利用して合成塩水（「ＮａＣｌ溶液」）及び海水を処理する際に必要とされるエネルギーを、標的生成物の全溶解固形分濃度に対比して、示すグラフである。
【図１２Ａ】本考案の１つ以上の側面による海水処理中のカチオン分率を、モノ選択膜を利用する電気透析段階に対比して、示すグラフである。
【図１２Ｂ】本考案の１つ以上の側面による海水処理中のアニオン分率を、モノ選択膜を利用する電気透析段階に対比して、示すグラフである。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
本考案は、処理システムを対象とする。これは、幾つかの態様、実施態様又は形態において、水処理システムであってもよい。本考案の幾つかの特に好適な態様は、海水処理システム又は淡水化システム、及び海水処理又は淡水化を伴う技術を対象とすることができる。本考案のシステム及び技術は、処理すべき水中の１種以上の移動可能な溶解固形分の輸送を促進する電位又は運動条件を創り出す濃度差を利用することによって、有利に処理済み水を提供できる。本考案の更なる態様は、海水又は汽水から飲用水を提供するシステム及び技術を対象とすることができる。
【００１３】
本考案の１つ以上の側面は、世界保健機関ガイドラインに合致するか又はそれを上回る飲料水を、典型的な供給海水から生成水１ｍ３につき１．５ｋＷｈ未満の全エネルギー消費で生成して、提供できる。本考案の他の態様は、濃度差を利用してイオン分離を促進する、電気透析と連続電気脱イオンシステムとの組合せ及び装置並びに新規な連続電気脱イオン配置を対象とすることができる。
【００１４】
本考案の幾つかの実施態様は、電気透析（ＥＤ）装置を利用して、海水を約３，５００〜約５，５００ｐｐｍの範囲の全溶解固形分（ＴＤＳ）濃度又は塩濃度に淡水化し、それに続き、イオン交換（ＩＸ）軟化し、新規バージョンの連続電気脱イオン（ＣＥＤＩ）により、約１，０００ｐｐｍ未満の塩含有量のＴＤＳレベルへ最終的に淡水化する多重ステッププロセスを伴っていてもよい。
【００１５】
我々の本考案のシステム及びプロセスは、既存及び新規技術の独自の組合せを伴うことができ、このとき、その各構成要素が、現在のＥＤ及びＣＥＤＩ装置のそれぞれの限界を全体として克服する、異なる構成要素及び単位操作の間の有利な使用の相乗効果によって、全エネルギー消費を減少し又は最小限にさえするために利用される。例えば、生成物ＴＤＳレベルが、典型的には濃度分極及び水分解現象のために、５，５００ｐｐｍ未満に減少すると、ＥＤ装置のエネルギー効率が典型的には低下するので、ＣＥＤＩ装置を、この装置はイオン交換樹脂を使用するものであるので、このように低い５，５００ｐｐｍ未満のＴＤＳレベルを含む水を相対的により高い効率で更に脱塩するために、代わりに使用できる。スケール形成の懸念に対処するために、軟化装置が、非一価のスケール形成種を除去し又はその濃度を減少させる。例えば第２の並列電気透析手順における一価選択膜は、典型的には高濃度の一価種を有する軟化段階の再生流を発生させるために使用でき、それにより外部の塩の流れを貯蔵する必要性を排除しないまでも少なくとも減少させる。更なる利点として、改善された水回収を含んでいてもよい。
【００１６】
本考案の幾つかの更なる態様は、濃度分極及び水分解が制限されるように十分に低い電力密度で操作できるＥＤ及びＣＥＤＩ装置を伴うことができ、これにより、電力需要が減少する。
【００１７】
例えば海水淡水化システムは、１種以上の溶解固形分のような溶解種の濃度を好ましくは減少させる第１処理段階を備えていてもよい。本考案の幾つかの特殊な態様は、海水に関連して記述される。しかしながら、本考案は、海水を処理し又は淡水化することに限定されず、その１つ以上の原理が、そこから除去すべき標的種を有する液体を処理するために利用できる。
【００１８】
本考案の１つ以上の側面は、内部に固体を溶解した水源に流体的に接続された第１減耗区画であって、カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜により少なくとも部分的に画定された第１減耗区画；第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体源の下流に流体的に接続され且つ前記カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画；及び、前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水性液体源の下流に流体的に接続され且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画；を備える電気脱イオン装置を対象とすることができる。
【００１９】
本考案の幾つかの実施態様において、典型的には、前記第１水性液体は、約４重量％未満、典型的には約３．３重量％〜３．７重量％の第１溶解固形分濃度を有する海水であり、そして、幾つかの場合において、前記第２水性液体は、少なくとも約１０重量％の第２溶解固形分濃度を有するブラインである。１つ以上の更なる特殊な実施態様においては、前記第１減耗区画が約２，５００ｐｐｍ未満の溶解固形分濃度を有する水源に流体的に接続されているか、又は前記第１溶解固形分濃度に対する前記第２溶解固形分濃度の比が少なくとも約３である。
【００２０】
本考案の１つ以上の側面は、内部にイオン種を溶解した水を処理する装置を対象とすることができる。前記装置は、幾つかの実施態様において、水源に流体的に接続され且つ第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜によって少なくとも部分的に画定される第１減耗区画；第１溶解固形分濃度を有する第１水溶液源に流体的に接続された第１濃縮区画であって、第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜のうちの１つを通して、前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画；並びに、前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水溶液源に流体的に接続された第２減耗区画であって、第２カチオン選択膜及び第２アニオン選択膜のうちの１つを通して、前記第１濃縮区画と典型的にはイオン的に連通する第２減耗区画；を備えていてもよい。
【００２１】
本考案の幾つかの実施態様において、前記装置は、前記第２溶解固形分濃度よりも低い第３溶解固形分濃度を有する第３水溶液源及び前記第１水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された第２濃縮区画であって、第２アニオン選択膜及び第２カチオン選択膜のうちの１つを通して第２減耗区画とイオン的に連通する第２濃縮区画を更に備えていてもよい。第２濃縮区画は、必須ではないが、前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通してもよい。本考案の幾つかの側面による更なる形態において、前記装置は、例えば、前記第１減耗区画と前記第２濃縮区画とをイオン的に接続する１つ以上の塩橋を備える。本考案の他の更なる実施態様において、前記装置は、前記第２水溶液源及び前記第３溶解固形分濃度よりも高い第４溶解固形分濃度を有する第４水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された、第３減耗区画を更に備えることができ、ここで前記第３減耗区画は、第３カチオン選択膜を通して前記第２濃縮区画と典型的にはイオン的に連通する。前記装置は、更に、前記第１水溶液源、前記第３水溶液源並びに前記第２溶解固形分濃度及び前記第４溶解固形分濃度のいずれよりも低い第５溶解固形分濃度を有する第５水溶液源、のうちの少なくとも１つに流体的に接続された、第３濃縮区画を備えることができ、第３濃縮区画は、第３アニオン選択膜を通して前記第３減耗区画とイオン的に連通する。前記第３濃縮区画は、前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通でき、且つ、幾つかの場合に、前記第３濃縮区画は、塩橋を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通する。それ故に、幾つかの形態において、前記装置は、その区画を通して外部起電性電位を提供する電極又は構造を有さない。
【００２２】
前記装置の他の形態において、前記第１減耗区画及び前記第１濃縮区画は、同じ源の下流に流体的に接続される。
【００２３】
本考案の１つ以上の側面は、海水淡水化システムを対象とすることができる。前記淡水化システムは、海水源に流体的に接続された第１減耗区画入口及び第１減耗区画出口を有する少なくとも１つの第１減耗区画と、第１減耗区画入口及び第１減耗区画出口を有する少なくとも１つの第１濃縮区画と、を備える少なくとも１つの電気透析装置；前記海水源に流体的に接続された第２減耗区画入口及び第２減耗区画出口を有する少なくとも１つの第２減耗区画と、前記海水源に流体的に接続された第２濃縮区画入口及びブライン出口を有する少なくとも１つの第２濃縮区画と、を備える少なくとも１つの第２電気透析装置；前記第１減耗区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つに流体的に接続されたイオン交換器入口と、イオン交換器出口と、を有する少なくとも１つのイオン交換ユニット；並びに、イオン交換器出口に流体的に接続された第１減耗区画であって第１カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定していてもよい第１減耗区画と、前記海水源に流体的に接続され且つ前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画と、前記ブライン出口の下流に流体的に接続され且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画と、を有する少なくとも１つの電気脱イオン装置を備えていてもよい。
【００２４】
前記淡水化システムの１つ以上の実施態様において、前記第１濃縮区画及び前記第２減耗区画のうちの少なくとも１つは、イオン交換樹脂を含まない。
【００２５】
淡水化システムの他の形態において、前記少なくとも１つの電気脱イオン装置は、更に、前記第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定され且つ前記海水源に流体的に接続された入口を有する第２濃縮区画と、第２カチオン選択膜を通して前記第２濃縮区画とイオン的に連通し、且つ前記ブライン出口、前記第１濃縮区画出口及び前記第２減耗区画出口の少なくとも１つに流体的に接続された入口を有する第３減耗区画と、を備える。幾つかの場合において、前記第１濃縮区画、前記第２減耗区画、前記第２濃縮区画及び前記第３減耗区画、のうちの少なくとも１つは、イオン交換樹脂を含まない。
【００２６】
前記海水淡水化システムは、幾つかの好適な形態において、１つ以上のブライン貯蔵タンクを更に備えることができ、その１つ以上が、前記第１濃縮区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つに流体的に接続していてもよい。１つ以上のブライン貯蔵タンクは、それぞれ、出口を備え、これらの出口のいずれか１つ以上は、専ら前記少なくとも１つのイオン交換ユニットに又は前記淡水化システムの他の単位操作に、流体的に接続されているか又は接続可能である。
【００２７】
他の形態において、海水淡水化システムは、更に、前記第１減耗区画の下流且つ前記イオン交換ユニットの上流に流体的に接続された第３減耗区画を有する第３電気透析装置を備えていてもよい。更なる形態は、前記第２減耗区画の下流且つ前記イオン交換ユニットの上流に流体的に接続された第４減耗区画を有する第４電気透析装置を備えるシステムを伴っていてもよい。
【００２８】
システムの幾つかの好適な形態において、前記少なくとも１つの第１電気透析装置は、前記少なくとも１つの第１減耗区画及び前記少なくとも１つの第１減耗区画の間に配置された一価選択膜を備える。更に、前記電気脱イオン装置の前記第１減耗区画は、イオン交換樹脂のようなイオン交換媒体の混床を備えていてもよい。
【００２９】
本考案の幾つかの更なる態様は、水、好ましくは海水又は汽水、を前処理することを伴っていてもよい。本考案の１つ以上の形態において、淡水化システムは、更に、処理すべき水−それは、海水又は汽水であってもよい−の源の下流に流体的に接続されていてもよく、好ましくは、前記少なくとも１つの第１電気透析装置、前記少なくとも１つの第２電気透析装置及び前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、のうちの少なくとも１つの上流に流体的に接続されているか又は接続可能な、少なくとも１つの前処理単位操作を含んでいてもよい。前記少なくとも１つの前処理単位操作は、濾過システム、塩素化システム及び脱塩素システムからなる群から選択される、少なくとも１つのサブシステムを備えていてもよい。前記前処理単位操作は、システムの幾つかの形態において、マイクロフィルタ、サンドフィルタ及び粒子フィルタのうちの少なくとも１つを備えていてもよい。
【００３０】
幾つかの場合において、前記前処理システムは、硫酸塩のような二価種を選択的に除去する圧力駆動システムをも備えていてもよい。例えば、ミシガン州ミッドランドのダウ  ケミカル社（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）からのＦＩＬＭＴＥＣ（商標）膜を利用するナノ濾過システムを使用して、少なくとも前記硫酸塩種の濃度を減少することができ、これにより、電気透析装置のいずれか及び前記電気脱イオン装置のような１つ以上の下流単位操作による電力消費が更に減少するはずである。
【００３１】
本考案の１つ以上のシステムの更に他の形態において、前記少なくとも１つの電気脱イオン装置の前記少なくとも１つは、アニオン種コレクタと、カチオン種コレクタと、陽極及び陰極コレクタとイオン的に連通する塩橋と、を備える。イオン種コレクタは、イオン選択媒体によって少なくとも部分的に画定される区画であってもよい。それが有利であるならば、前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、前記少なくとも１つの第１電気透析装置及び前記少なくとも１つの第２電気透析装置、のうちの少なくとも１つは、塩化物種を溶解した水溶液の源の下流に流体的に接続された陽極区画を備え、ここで、電極区画は、塩素出口及び次亜塩素酸塩出口のうちの１つを備える。更なる形態は、前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、前記少なくとも１つの第１電気透析装置、及び苛性流れ出口を備える第２電極区画を備える少なくとも１つの第２電気透析装置、のうちの少なくとも１つを伴っていてもよい。
【００３２】
本考案の１つ以上の側面は、少なくとも部分的に海水を有し又は海水であってもよい水源；第１海水流中のモノ選択種の濃度を選択的に減少させて第１希釈流を生成する手段；第２海水流中の溶解固形分濃度を増加させてブライン流を生成する手段；第１希釈流中で、二価種の少なくとも一部を一価種に交換する手段であって、第２希釈流出口を有していてもよい交換手段；及び、電気化学分離装置；を備える淡水化システムを伴っていてもよい。前記電気化学分離装置は、典型的には、第２希釈流出口に流体的に接続された減耗区画、及び、前記減耗区画とイオン的に連通する濃度誘起電位を提供する手段を有する。
【００３３】
淡水化システムの幾つかの形態において、前記第１海水流中の溶解固形分濃度を増加させる前記手段は、前記海水源に流体的に接続された減耗区画と一価選択膜によって前記減耗区画から分離された濃縮区画とを有する、電気透析装置を備える。前記第２海水流中の溶解固形分濃度を増加させる前記手段は、前記海水源に流体的に接続された濃縮区画と前記ブライン流を提供するブライン出口とを有する、電気透析装置を備えていてもよい。濃度誘起電位を提供する前記手段は、第１全溶解固形分濃度を有する第１半電池供給流の源に流体的に接続された第１半電池区画と前記第１全溶解固形分濃度よりも高い第２全溶解固形分濃度を有する第２半電池供給流の源に流体的に接続された第２半電池区画とを、備えていてもよい。前記第１半電池区画は、典型的には、海水源に流体的に接続され、前記第２半電池区画は、ブライン源に流体的に接続される。
【００３４】
本考案の１つ以上の側面は、内部に固体を溶解した水の源に流体的に接続された減耗区画であって、カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜により少なくとも部分的に画定された減耗区画；前記減耗区画とイオン的に連通する少なくとも１つの濃度半電池対；を備える電気脱イオン装置を対象とすることができる。前記濃度半電池対は、典型的には、第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体源に流体的に接続され且つ前記カチオン選択膜及び前記第１アニオン選択膜のうちの１つを通して前記減耗区画とイオン的に連通する第１半電池区画、及び、前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水性液体源の下流に流体的に接続され且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１半電池区画とイオン的に連通する第２半電池区画を、備える。
【００３５】
前記電気脱イオン装置の幾つかの形態において、前記第１水性液体は、海水である。第２水性液体は、少なくとも約１０重量％の第２溶解固形分濃度を有するブライン流であってもよい。それ故に、本考案の幾つかの実施態様において、前記第１溶解固形分濃度に対する前記第２溶解固形分濃度の比は、少なくとも約３である。
【００３６】
本考案の１つ以上の更なる態様は、第１脱塩段階において海水の一価種濃度を減少させ、部分的に脱塩された水を生成する装置；海水中の全溶解固形分濃度の少なくとも二倍である全溶解固形分濃度を有するブライン溶液を、海水から生成する装置；前記部分的に脱塩された水を、電気駆動分離装置の減耗区画に導入する装置；及び、前記減耗区画中の部分的に脱塩された水から濃度電池対区画への、溶解種の少なくとも一部の輸送を促進しながら、前記電気駆動分離装置の濃度電池対において濃度誘起電位を創り出す装置；からなる、海水を淡水化する装置を、対象とすることができる。この装置は、更に、第１脱塩段階において海水の一価種濃度を減少させる前に、前記海水の少なくとも一部を、ナノ濾過システムに通す装置を含んでいてもよい。
【００３７】
前記装置は、幾つかのアプローチにおいて、前記部分的に脱塩された水中の溶解非一価種の少なくとも一部を、溶解された一価種で、置き換える装置を更に含んでいてもよい。
海水の一価種濃度を減少させることにより、電気透析装置中の溶解一価種濃度が選択的に減少してもよい。前記ブライン溶液を生成することにより、溶解種の少なくとも一部の、海水から、電気透析装置の濃縮区画中を流れる第２海水流への輸送が促進されてもよい。水を淡水化する装置は、更に、電解装置、電気透析装置及び電気駆動分離装置、のうちの少なくとも１つの電極区画中で、典型的には前記陽極区画中で、塩素及び次亜塩素酸塩種のうちの一つを電解で発生させる装置と、前記電解装置、前記電気透析装置及び前記電気駆動分離装置、のうちの少なくとも１つの、１つ以上の区画中で苛性流を電解で発生させる装置、を含んでいてもよい。更に、淡水化装置は、前記発生した塩素、前記発生した次亜塩素酸塩種又はその両方により、前記海水の少なくとも一部を少なくとも部分的に消毒する装置をも含んでいてもよい。
【００３８】
本考案の複合装置及び技術の幾つかの特殊な態様、実施態様及び形態は、図１に例示されるような複合装置１００中で水を処理する装置を伴っていてもよい。
【００３９】
処理複合装置１００は、処理すべき液体源１１０に流体的に接続されていてもよく、また、接続可能であってもよい。典型的には、処理すべき液体は、可動イオン種を有する。
例えば、処理すべき液体は、その内部に溶解固形分としての塩を有する水であっても、それを含んでなるものであってもよい。本考案の特殊な用途において、処理すべき液体は、海水であってもよく、海水を含んでなるものであってもよく、また、実質的に海水からなっていてもよい。他の場合において、処理すべき液体は、汽水であってもよく、汽水を含んでなるものであってもよく、また、実質的に汽水からなっていてもよい。
【００４０】
処理複合装置１００は、処理すべき液体源１１０に流体的に接続された第１処理段階１２０を含んでなるものであってもよい。処理複合装置１００は、更に、第２段階１３０を含んでなるものであってもよく、有利な場合には、第３段階１４０を含んでなるものであってもよく、使用地点１９０に処理生成物を生成する。
【００４１】
第１処理段階は、処理すべき液体の少なくとも１つの特性又は特徴を改質する。好ましくは、第１処理段階１２０は、処理すべき液体中の１つ以上の標的種の少なくとも一部を減少させて、少なくとも部分的に処理された液体を提供する。例えば、第１処理段階１２０は、源１１０からの海水中の溶解種の少なくとも一部を除去する１つ以上の単位操作を利用して、海水よりも少ない塩分含有量を有する少なくとも部分的に処理された水又は水流１２１を提供する。好ましい形態は、源１１０からの海水よりも少なくとも５％少ない塩分を有する少なくとも部分的に処理された水流１２１を、提供できる。他の好ましい形態は、海水よりも少なくとも１０％少ない塩分を有する少なくとも部分的に処理された水を、提供できる。第１処理段階１２０は、処理すべき液体、例えば海水、と、少なくとも部分的に処理された液体流、例えば少なくとも部分的に処理された水、との間の相対濃度又は塩分の標的変化又は差を利用してもよく、また、それを提供するように設計できる。
第１処理段階１２０によって提供される標的濃度差は、これらに限定されないが、１つ以上の下流単位操作の能力、１つ以上の下流単位操作の１つ以上の要件、及び、ある場合には、処理システム１００の水の総需要、のうちのいずれか１つ以上を始めとする、幾つかの要因又は条件に、少なくとも部分的に、依存し得る。例えば、第１処理段階１２０によって提供される濃度変化、例えば塩分変化、は淡水化する海水によって決まり、電気脱イオン装置、ナノ濾過装置又は両方による処理の助けとなる、少なくとも部分的に処理された水を提供する。第１処理段階１２０の設計手法に影響を及ぼし得る他の要因は、少なくとも部分的に、経済又は操作上の配慮事項によって、決定付けられ得る。例えば、第１処理段階１２０は、既存の施設で利用可能な電力を利用して、少なくとも部分的に処理された水を提供するように構成してもよい。
【００４２】
第１処理段階１２０の更なる形態又は代替物は、処理すべき液体から１つ以上の標的又は所定の種を選択的に除去する１つ以上の単位操作を伴っていてもよい。例えば、第１処理段階は、少なくとも部分的に、処理すべき液体中から溶解一価種を選択的に除去するか又はその濃度を減少させる１つ以上の単位操作を含んでいてもよく又は利用してもよい。
他の場合において、第１処理段階は、処理すべき液体中の１つ以上のタイプの溶解種の濃度よりも高い前記溶解種濃度を有する生成物流れを提供する、１つ以上の単位操作を含んでいてもよく又は利用してもよい。更に他の場合において、第１処理段階は、処理システム１００の単位操作と関連しない単位操作からの流れであってもよい付随的液体流よりも高い溶解固形分濃度を有する第２生成物流れ１２３を提供してもよい。例えば、付随的な流れは、１つ以上の源（図示せず）の下流副産物であってもよい。他の場合において、少なくとも部分的に処理された流れ１０２中において第１処理段階１２０によって提供される濃度又は塩分変化は、処理システム１００の１つ以上の下流単位操作において利用可能であろう第２生成物流れ１２３を提供することに依存し得る。更に他の場合において、第１処理段階１２０は、典型的には約３．５％の塩分を有する海水の塩分よりも、高い塩分を有する第２生成物流れ１２３を提供できる。好ましくは、第２生成物流れ１２３の塩分は、少なくとも約５％であるが、本考案の幾つかの特殊な実施態様は、少なくとも約９％の塩分を有する生成物流れ１２３を伴っていてもよい。例えば、第２生成物流れ１２３は、少なくとも約１０％又は少なくとも約９９，０００ｐｐｍの溶解固形分濃度を有するブライン流であってもよい。他の代表的な実施態様において、処理システム１００の１つ以上の他のプロセス流に対する第２生成物流れ１２３中の溶解固形分濃度の比は、少なくとも約３、好ましくは少なくとも約５、そして、例えば濃度差又は勾配が必要な幾つかの有利な場合において、少なくとも約１０であり得る。
【００４３】
第２段階１３０は、少なくとも部分的に処理された生成物流れ１２１を更に処理する少なくとも１つの単位操作を有していてもよい。本考案の幾つかの実施態様において、第２段階１３０は、第１段階１２０からの少なくとも部分的に処理された流れ１２１の１つ以上の特徴を調整して第２の少なくとも部分的に処理された生成物流れ又は改質液体１３１を提供する、１つ以上の単位操作を含んでいてもよい。好ましくは、第２段階１３０は、流れ１２１の少なくとも２つの特徴を改質して流れ１３１を生成する。
【００４４】
第３処理段階１４０は、それに入る１つ以上の入口流の１つ以上の特性又は特徴を改質できる。本考案の１つ以上の側面による特に好適な形態において、第３処理段階１４０は、少なくとも１つの上流単位操作からの少なくとも１つの流れを利用して１つ以上の上流単位操作からの他の流れを改質して少なくとも１つの望ましい特性又は特徴を有する生成物流れを使用地点１９０へ提供する、１つ以上の単位操作を含んでいてもよい。第３処理段階１４０の更に特殊な形態は、少なくとも部分的に処理された流れ１３１の処理を促進して生成物流れ１４１を生成する電位差を創り出す、１つ以上の単位操作を伴っていてもよい。なおも更に好ましい形態において、第３処理段階は、処理システム１００の１つ以上の上流単位操作において利用できる、他の生成物流れ１４２を生成できる。例えば、他の生成物流れ１４２は、少なくとも部分的に処理された流れ１２１の変換を少なくとも部分的に促進して少なくとも１つの望ましい特性又は特徴を有する生成物流れ１３１を提供する入口流として、第２段階１３０の１つ以上の単位操作によって、例えば、そのステップ又は操作において、利用される副産物又は第２生成物流れであってもよい。
第３処理段階１４０の更に好ましい実施態様又は形態は、処理システム１００の関連のない単位操作又は上流の段階若しくは単位操作からの生成物流れの特性又は特徴と処理すべき液体の特性又は特徴との相違に依存する、生成物流れ１４１を生成する処理を少なくとも部分的に促進する単位操作を伴っていてもよい。例えば、第３処理段階１４０は、源１１０からの流れ１１１としての海水の、流れ１２２の塩分に対する、塩分差を利用して、流れ１３１中の１つ以上の標的種の濃度の減少を少なくとも部分的に促進し、少なくとも１つの所望の特徴、例えば純度、を有する生成水１４１を生成する。
【００４５】
図２は、本考案の１つ以上の側面による代表的な水処理システム２００を示す。処理システム２００は、第１単位操作２２０と第２単位操作２２２とを含む第１処理段階を備えていてもよく、このそれぞれは、必須ではないが、好ましくは、それぞれの入口を通して処理対象水源１１０に流体的に接続されている。処理システム２００は、更に、流体的に接続された第２段階２３０を備え、典型的にはその入口で、第１単位操作２２０及び第２単位操作２２２からの、典型的にはそのそれぞれの出口からの、１つ又は各生成物流れを受け取る。処理システム２００は、更に、第２段階２３０の出口、第１処理段階の１つ以上の単位操作の出口、処理すべき水の源、及び関連しない単位操作、のうちの少なくとも１つに流体的に接続された入口を有する第３処理段階２４０を備えていてもよく、例えば使用又は貯蔵地点１９０へ、生成水を提供する。
【００４６】
図２の代表的な実施態様に示すように、第１単位操作２２０は、第１の部分的に処理された水流を提供でき、単位操作２２２からのもう一つの少なくとも部分的に処理された水流と組み合わせることができ、部分的に処理された生成物流れ２２１を生成する。ユニット２２０の出口からの第１水流は、ユニット２２２からの第２水流のそれらとは異なる１つ以上の特徴を有していてもよい。第１及び第２単位操作は、好ましくは、第２段階２３０での更なる改質又は処理のための少なくとも１つの標的特性を有する少なくとも部分的に処理された水流２２１を提供するように設計される。第２単位操作２２２は、第２生成物流れ２２３を提供できるが、この第２生成物流れは、好ましくは、１つ以上の特殊な又は標的特徴を有する。それ故に、本考案の幾つかの形態は、１つ以上の特殊な特性を有する少なくとも部分的に処理された水流２２１を集合的に提供し、更に、典型的には流れ２２１の特徴と異なる１つ以上の特徴を有する第２生成物水性流２２３を提供する単位操作２２０及び２２２を意図している。第１処理段階は、例えば、電気透析装置及び電気脱イオン装置のような、但しこれらに限定されないが、水処理単位操作、装置又はシステムを利用できる。
【００４７】
本考案の更に特殊な実施態様は、第２単位操作に比較してより低い電力消費で操作される、第１単位操作を伴っていてもよい。第１単位操作２２０は、約３０％の水分回収により、約２，５００ｐｐｍの全溶解固形分を有する少なくとも部分的に処理された水生成物又は水流を、海水から、生成するために操作してもよい。第２単位操作２２２は、約９９，０００ｐｐｍよりも高い溶解固形分濃度を有する約１０％ブライン溶液を、海水から、生成するために操作してもよい。
【００４８】
他の実施態様（図示せず）において、第２段階１３０は、第１及び第２単位操作２２０及び２２２から流れを別個に受け取る２つ以上の単位操作を含んでいてもよい。第２段階２３０の１つ以上の好ましい形態は、第１処理段階の少なくとも１つの単位操作からの入口流２２１の少なくとも１つの特性を変える１つ以上の単位操作を伴っていてもよい。それ故に、第２段階は、１つ以上の標的特徴を有する第３生成物流れ２３１を提供してもよく、この第３生成物流れは、第３処理段階２４０で更に処理してもよい。
【００４９】
本考案の他の実施態様は、１つ以上の下流単位操作の所要電力を更に減少させ、場合によっては、かかる下流単位操作におけるスケール形成の可能性を更に減少させるために、硫酸塩種の少なくとも一部を塩化物種に交換する塩化物型アニオン交換樹脂を備えるイオン交換ユニットを備えていてもよい。それ故に、交換ユニットは、Ｃａ２＋及びＭｇ２＋のような非一価カチオン種濃度を、Ｎａ＋のような一価カチオン種に変えて、少なくとも部分的に、減少させるカチオン交換樹脂を備えていてもよく、且つ、好ましくは、ＳＯ４２−のような非一価アニオン種濃度を、Ｃｌ−のような一価アニオン種に変えて、少なくとも部分的に減少させるアニオン交換樹脂を更に備え、これにより、１つ以上の下流単位操作の所要処理電力を更に減少できる。いずれのイオン交換樹脂タイプの再生も、例えば溶解Ｎａ＋及びＣｌ−を有する廃棄ブライン流によって、実行できる。
【００５０】
第３処理段階２４０は、第２の生成水又は水性流２２３と源１１０からの水流１１１のような他の流れとを利用して、第３水生成物流れ２３１の処理を促進し、処理された生成水を使用又は貯蔵地点１９０に提供する１つ以上の単位操作を備えていてもよい。第３処理段階２４０の更に好ましい形態は、処理システム２００の１つ以上の上流又は下流段階で使用できる、副生物である水又は水性流２４１の生成を伴っていてもよい。例えば、副生水流は、第２段階２３０において、その操作中の反応物質又は入力として、１つ以上の単位操作において使用できる。第３処理段階は、これらに限定されないが、例えば電気透析及び電気脱イオン装置のような、１つ以上の単位操作、装置又はシステムを利用してもよい。
【００５１】
図３は、本考案の１つ以上の側面による海水淡水化システム３００を示す。淡水化システム３００は、典型的には、少なくとも１つの第１電気透析装置３２１Ａと、好ましくは、少なくとも１つの第２電気透析装置３２２Ｂとを、有する第１手順を備える。淡水化システム３００は、更に、少なくとも１つの第３電気透析装置３２３Ａと、好ましくは、第２電気透析装置３２４Ｂとを、有する第２手順を備えていてもよい。淡水化システム３００は、また、上流電気透析装置３２１Ａ、３２２Ｂ、３２３Ａ及び３２４Ｂ、のうちの少なくとも１つの出口と流体的に連通した少なくとも１つのイオン交換器入口を有する少なくとも１つのイオン交換サブシステム３３０をも、備えていてもよい。淡水化システム３００は、また、イオン交換サブシステム３３０の少なくとも１つのイオン交換器出口からの少なくとも部分的に処理された水３３１を更に処理してもよい第３処理段階３４０をも、備えていてもよい。
【００５２】
第１電気透析装置３２１Ａは、海水源３１０に流体的に接続された入口を有する少なくとも１つの減耗区画３２１Ｄ１を有する。第１電気透析装置３２１Ａは、また、好ましくは海水源３１０に流体的に接続された少なくとも１つの濃縮区画３２１Ｃ１をも、備える。第１手順の第２電気透析装置３２２Ｂは、典型的には、少なくとも１つの減耗区画３２２Ｄ２と、少なくとも１つの濃縮区画３２２Ｃ２とを、備える。第１減耗区画３２１Ｄ１の出口は、少なくとも１つの減耗区画３２２Ｄ２の入口及び第２電気透析装置３２２Ｂの少なくとも１つの濃縮区画３２２Ｃ２の入口、のうちの少なくとも１つに、流体的に接続される。幾つかの特殊な実施態様において、第２電気透析装置３２２Ｂの少なくとも１つの濃縮区画３２２Ｃ２の入口は、海水源３１０に流体的に接続される。本考案の幾つかの態様による好ましい実施態様は、海水を少なくとも部分的に処理して少なくとも１つの標的特徴を有する少なくとも部分的に処理された水３２１を生成する、装置の第１手順を伴う。例えば、水を部分的に淡水化する電気透析装置の第１手順は、好ましくは、海水から溶解固体種を選択的に除去して、海水よりも低い溶解固形分濃度か、対応する海水におけるよりも高い、溶解一価種に対する溶解非一価溶解固体種の比か、より低い溶解一価種濃度かのいずれか１つ以上を有する、少なくとも部分的に処理された生成水流３２１を、生成する。溶解一価種を選択的に除去しようとする実施態様において、１つ以上の一価選択膜を、減耗区画を少なくとも部分的に画定し且つ好ましくは濃縮区画を少なくとも部分的に画定するために使用できる。例えば、電気透析装置３２１Ａは、一価アニオン選択膜３８１及び一価カチオン選択膜（図示せず）によって少なくとも部分的に画定される第１減耗区画３２１Ｄ１、及び、第１減耗区画と一価アニオン選択膜３８１を通して連通し且つ一価カチオン選択膜を通して第２濃縮区画（図示せず）とイオン的に連通していてもよい第１濃縮区画３２１Ｃ１を、有していてもよい。第２電気透析装置３２２Ｂも、また、その減耗区画に導入され且つその濃縮区画に蓄積された水流から１つ以上の一価種の選択的な除去又は減耗を促進する１つ以上の一価選択膜を有するように、構成してもよい。
【００５３】
第１及び第２電気透析装置の操作中、海水を、濃縮区画３２１Ｃ１及び３２２Ｃ２に供給される濃縮流として使用してもよく、濃縮区画は、減耗区画に導入された流れから１つ以上の除去種を収集する。区画３２１Ｃ１及び３２２Ｃ２から離れていき、減耗区画から除去された種を含む濃縮流は、廃棄又は排斥流として排出してもよく、又は、他の関連しないプロセスＲで利用してもよい。
【００５４】
少なくとも１つの第３電気透析装置３２３Ａを、淡水化システム３００の下流単位操作において使用できる生成物流れを提供するように構成してもよい。特殊な実施態様において、第３電気透析装置３２３Ａは、少なくとも１つの減耗区画３２３Ｄ１、及び、イオン選択膜３８２を通して減耗区画３２３Ｄ１の少なくとも１つとイオン的に連通する少なくとも１つの濃縮区画３２３Ｃ１を、有していてもよい。好ましくは、第３電気透析装置３２３Ａを通して加えられる電流は、１つ以上の所定の又は標的特徴を有する濃縮区画３２３Ｃ１から生成水流を提供するために十分な電位を提供する。例えば、電気透析装置３２３Ａは、また、減耗区画３２３Ｄ１と濃縮区画３２３Ｃ１とを分離するが、それらの間をイオン的に連通する一価選択膜によって構成してもよい。少なくとも１つの第４電気透析装置３２４Ｂは、アニオン選択膜及びカチオン選択膜によって少なくとも部分的に画定される少なくとも１つの減耗区画３２４Ｄ２、及び、減耗区画３２４Ｄ２の少なくとも１つと典型的にはイオン的に連通する少なくとも１つの濃縮区画３２４Ｃ２、を備えていてもよい。システム３００の操作中、減耗区画３２３Ｄ１からの生成水を減耗区画３２４Ｂに導入して、源３１０からの海水を更に処理し、少なくとも部分的に処理された水２２１の生成を促進してもよい。例示されたように、減耗区画３２４Ｄ２からの生成物は、減耗区画３２２Ｄ２からの生成水３２１と組み合わせて、更に処理するための少なくとも部分的に処理された水２２１を生成してもよい。
【００５５】
第１及び第２電気透析装置３２１Ａ及び３２２Ｂを備える第１手順は、約３０％の全体的水分回収率で操作して、標的全溶解固形分濃度、例えば約２，５００ｐｐｍ、を有する水を生成してもよい。第１及び第２電気透析装置３２１Ａ及び３２２Ｂは、一価アニオン選択膜及びカチオン選択膜のうちの少なくともいずれかを利用してもよく、好ましくは、少なくとも第１電気透析装置３２１Ａは、一価アニオン選択膜及び一価カチオン選択膜を利用し、これにより、その中でのいかなるスケール形成可能性をも、少なくとも減少させる。
【００５６】
第３及び第４電気透析装置３２３Ａ及び３２４Ａを備える第２手順は、その１つ以上の濃縮区画からの濃縮流中で少なくとも約１０％（ＮａＣｌ）の標的塩分含有量を有するブライン流を生成するために操作してもよい。好ましくは、第３電気透析装置は、約７０％の水分回収率で操作しながら、少なくとも標的塩分レベルで十分な量のブラインを生成する。第４電気透析装置３２４Ｂは、約２，５００ｐｐｍの標的溶解固形分含有量を有する、少なくとも部分的に処理された水を生成するために操作してもよく、このとき、好ましくは約４８％の回収率である。本考案の幾つかの特殊な形態において、第２手順の全体的回収率は、約４０％であり得る。
【００５７】
イオン交換サブシステム３３０は、少なくとも部分的に処理された水２２１の少なくとも一部を受け取り、その少なくとも１つの特徴を変換又は改質するように構成してもよい。本考案の１つ以上の側面の幾つかの実施態様は、処理すべき水の標的溶解種濃度を選択的に減少させ、一方で、非標的種又は他の溶解種の少なくとも一部の輸送を少なくとも部分的に留保又は阻害し、次に留保された溶解種の少なくとも一部を標的溶解種と置き換えることを伴う。例えば、水２２１は、海水と比較して、比較的高濃度の、カルシウム及びマグネシウムのような、非一価溶解種を有してもよく、処理によって、非一価種の少なくとも一部を、ナトリウムのような、一価種に交換してもよい。交換サブシステム３３０の幾つかの形態は、軟化装置又はイオン交換媒体床の少なくとも２つの交換手順（図示せず）を備えていてもよい。第１イオン交換手順は、先行イオン交換床及び後続する遅行イオン交換床を含んでいてもよく、これにより、好ましくは、Ｃａ２＋及びＭｇ２＋のような水中の非一価溶解種の少なくとも一部をＮａ＋のような一価溶解種に置き換える。第２イオン交換手順は、連続する先行及び遅行イオン交換床を同様に備えていてもよい。操作中、第１及び第２イオン交換手順のうちの１つは、流体的に接続された入口を有し、少なくとも部分的に処理された水２２１の少なくとも一部を受け取り、より低い非一価溶解種濃度を有する交換水流を生成してもよい。第１イオン交換手順が、一旦、非一価イオンを一価イオンに交換するプロセスの結果、非一価種によって飽和すると、第２イオン交換手順が利用できる。その場合、第１手順は、一価溶解種が豊富な水性流を導入して、イオン交換床のイオン交換媒体に結合された非一価種の少なくとも一部を置き換えることにより、再生できる。イオン交換ユニットは、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａからＡＭＢＥＲＬＩＴＥ（商標）及びＡＭＢＥＲＪＥＴ（商標）として市販されているような、イオン交換樹脂の混床を備えていてもよい。
【００５８】
イオン交換媒体の再生は、ブライン貯蔵タンク２６０からの、十分な塩分、例えば約１０％、を有するブライン溶液２６１を利用することによって、実行できる。イオン交換サブシステム３３０からの排出流３３２は、排斥流として排出できる。イオン交換媒体を再生するために十分な塩分は、非一価種を交換マトリックスに結合することに伴う熱力学的抵抗を上回るレベルであってよい。
【００５９】
第３処理段階３４０は、１つ以上の電気脱イオン装置を備えていてもよい。本考案の幾つかの実施態様において、第３処理段階は、図４に示すような従来の電気脱イオン装置及び図５に示すような改変された電気脱イオン装置のうちの少なくとも１つを備えていてもよい。本考案の１つ以上の側面による更に他の形態において、第３処理段階は、１つ以上の無電極連続脱イオン装置を備えていてもよい。
【００６０】
図４に示す電気脱イオン装置は、典型的には、少なくとも１つの減耗区画４１１と、減耗区画４１１の少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの濃縮区画４１２と、を備える。減耗区画及び濃縮区画の各々は、アニオン選択膜ＡＥＭ及びカチオン選択膜ＣＥＭのいずれかによって、少なくとも部分的に画定される。電気透析装置と対照的に、電気脱イオン装置の区画は、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を備える。負荷された電流による操作中に、Ｎａ＋のようなカチオン種は、典型的には、装置の陰極（−）に移動し、Ｃｌ−のようなアニオン種は、典型的には、装置４００の陽極（＋）に向かって移動する。アニオン選択膜ＡＥＭ及びカチオン選択膜ＣＥＭは、排斥流Ｒとして各濃縮区画４１２中を移動又は輸送される溶解種、Ｎａ＋及びＣｌ−、を捕捉する。減耗区画の１つ以上へ供給されるのは、典型的には、イオン交換サブシステム３３０からの軟化された水流３３１である。その後、減耗区画からの生成水は、貯蔵し又は使用地点に送出することができる。１つ以上の電源（図示せず）は、典型的には、標的溶解種の分離を促進する電気脱イオン装置４００に電気エネルギー又は電力を提供する。幾つかの場合において、電気エネルギーの一部は、水をＨ＋種及びＯＨ−種に解離するために利用される。電源は、所望の若しくは標的電流レベル、所望の若しくは標的電圧又は電位レベル、及び電流極性を提供するように、制御できる。
【００６１】
図５は、処理システムの第３処理段階において利用できる改変された電気脱イオン装置５００を、例示する。装置５００は、典型的には、第１カチオン選択膜５２１Ｃ及び第１アニオン選択膜５３１Ａによって少なくとも部分的に画定される少なくとも１つの第１減耗区画５１１と、少なくとも１つの第１濃縮区画５２１と、第２アニオン選択膜５３２Ａによって少なくとも部分的に画定でき且つ第１カチオン選択膜５２１Ｃの少なくとも一部を通して第１減耗区画５１１とイオン的に連通する少なくとも１つの第１濃縮区画５４１とを、備える。装置５００は、更に、第２カチオン選択膜５２２Ｃによって少なくとも部分的に画定され且つ第２アニオン選択膜５３２Ａの少なくとも一部を通して第１濃縮区画５４１とイオン的に連通する第２減耗区画５１２を、備えていてもよい。電気脱イオン装置５００は、更に、第３カチオン選択膜５２３Ｃによって少なくとも部分的に画定される第２濃縮区画５４２を、備えていてもよい。第２濃縮区画５４２は、好ましくは、第１アニオン選択膜５３１Ａを通して、第１減耗区画５１１と少なくとも部分的にイオン的に連通する。電気脱イオン装置５００は、更に、好ましくは第３アニオン選択膜５３３Ａによって画定された第３減耗区画５１３を、備えていてもよい。第３減耗区画５１３は、好ましくは、第３カチオン選択膜５２３Ｃを通して、第２濃縮区画５４２と少なくとも部分的にイオン的に連通する。電気脱イオン装置５００は、典型的には、陽極を収容する陽極区画５６２及び陰極を収容する陰極区画５６４を有する。
【００６２】
本考案の他の態様によれば、電気脱イオン装置５００は、カチオン交換樹脂ＣＸ及びアニオン交換ＡＸのような、カチオン交換媒体及びアニオン交換媒体を含み、第１カチオン選択膜５２１Ｃ及び第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定される第１減耗区画５１１を備える。幾つかの場合においては、第１減耗区画のみが、又は電気透析装置の減耗区画及びイオン交換ユニットのいずれかの下流を受け若しくはそれに流体的に接続された区画のみが、イオン交換樹脂のような電気活性媒体を備え、その他の区画は、イオン交換媒体を備えない。例えば、電気脱イオン装置５００の幾つかの形態において、１つ以上の第１減耗区画の各々５１１は、イオン交換樹脂の混床を備え、１つ以上の第１濃縮区画５４１、１つ以上の第２減耗区画５１２、１つ以上の第２濃縮区画５４２、及び１つ以上の第３減耗区画５１３の各々は、イオン交換媒体を含まない。
【００６３】
操作中、電源（図示せず）からの電力は、典型的には陽極及び陰極を通して電気脱イオン装置５００を横断して作られる電界に、電気エネルギーを提供する。例えば、第２段階イオン交換ユニット３３０の出口からの処理すべき水は、減耗区画５１１に、その入口を通して、入る。処理すべき水は、電気脱イオン装置５００中を電界の影響で移動できる溶解種を有する。典型的には、水性流３３１は、単位操作３３０中のイオン交換プロセスの故に、溶解非一価種に比べてより多量の標的溶解一価種、Ｎａ＋及びＣｌ−、を含む。それ故に、一価種の輸送促進に伴うエネルギー量は、非一価種の輸送促進に伴うエネルギー量よりも比較的に低くなり得るので、第２段階３３０の追加の資本及び運転コストは、ゼロにならないまでも、減少することができる。一価種は、典型的には、対応する誘引電極に移動し、更に、アニオン選択膜又はカチオン選択膜を通して、第１濃縮区画及び第２濃縮区画のうちの１つに移動する。例えば、カチオンＮａ＋種は、陰極の方向に引き付けられ、典型的にはカチオン選択膜５２１Ｃを通過でき、他方、アニオンＣｌ−種は、陽極に向かって引き付けられ、典型的にはアニオン選択膜５３１Ａを通過できる。減耗区画３３１の出口からの生成物流れは、典型的には、標的溶解固体種の濃度が減少している。
【００６４】
本考案の幾つかの形態において、第１溶解固形分濃度を有する流れは、移動標的溶解固体種を収集するための濃縮流として使用できる。例えば、約３．５％の塩分を有する海水流１１１は、第１濃縮区画５４１に導入される濃縮流として使用できる。従って、第１濃縮区画５４１を出る流れには、典型的には、移動カチオン又はアニオン種が豊富である。
この流れは、廃棄又は排斥流Ｒとして排出できる。同様に操作中、他の供給流が、典型的には、第２減耗区画５１２と第３減耗区画５１３とに導入される。
【００６５】
電気脱イオン装置５００は、更に、第１濃度電池対５３１と、場合によっては、第２濃度電池対５３２とを、備えていてもよく、これらのそれぞれが好ましくは第１減耗区画５１１とイオン的に連通している。第１濃度電池対５３１は、第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体の源に流体的に接続されており第１カチオン選択膜５２１Ｃを通して減耗区画５１１とイオン的に連通する第１半電池区画５４１と、第２半電池区画５１２とを、備えていてもよい。第２半電池区画は、アニオン選択膜５３２Ａを通して、第１半電池区画５４１と、典型的には、イオン的に連通する。任意の第２濃度電池対５３２は、第３半電池区画５４２及び第４半電池区画５１３を備えていてもよい。第３半電池区画は、アニオン選択膜５３１Ａを通して減耗区画５１１と、典型的には、イオン的に連通する。第４半電池５１３区画は、カチオン選択膜５２３Ｃを通して第３半電池区画５４２と、典型的には、イオン的に連通する。
【００６６】
本考案の更に好適な特長は、組成的に類似するが溶解成分の濃度が異なるそれぞれの供給流を提供することによって、隣接電池の間に濃度差を確立することに関連する。濃度差は、ネルンストの式、
【００６７】
【数１】
0003174102.tif 000003
【００６８】
（式中、ｃｏｎｃ１は、第２半電池５１２に導入される流れ２２３中の溶解固形分濃度であり、ｃｏｎｃ２は、第１半電池５４１に導入される流れ１１１中の溶解固形分濃度であり、Ｒは気体定数、８．３１４Ｊ（Ｋ・モル）であり、Ｔは温度、典型的には２９８Ｋであり、ｎは、電池反応において移行される電子数であり、海水及びブラインに関してｎ＝１であり、Ｆはファラデー定数、９６４９８クーロン／モルである）によって少なくとも部分的に定量化できる電位、例えば起電性電位Ｅ（Ｖ）、を発生させる。従って、本考案の幾つかの態様による幾つかの好ましい形態は、第１減耗区画に導入される海水流１１１の溶解濃度よりも高い溶解固形分濃度を有するブライン流２２３の利用を伴っていてもよい。典型的には、少なくとも約８％、好ましくは少なくとも約１０％、更に好ましくは少なくとも約１２％の塩分、或いは少なくとも約８０，０００ｐｐｍ、好ましくは少なくとも約９９，４００ｐｐｍ、更に好ましくは少なくとも約１２０，０００ｐｐｍの溶解固形分濃度を有するブライン流は、第２半電池区画５１２に、そして好ましくは第４半電池区画５１３にも、導入される供給流２２３として使用できる。第２及び第４半電池区画５１２及び５１３を出る流れ３４１の各々は、なおも、海水に比べて高いブライン含有量を有することがあり、ブライン貯蔵タンク２６０での貯蔵に向けることができる。第１半電池区画５４１に、そして所望により第３半電池区画５４２にも、導入される供給流１１１は、約３．５％の塩分又は約３６，０００ｐｐｍ未満の溶解固形分濃度を有する海水又は水性流であってもよい。上記の代表的な条件は、濃度電池対当たり約０．０２６ボルトを提供できる。それ故に、本考案は、海水の処理又は淡水化を促進する電位を好適に発生できる。下記の実施例１は、濃度電池対中で第１の流れ及び第２の流れを利用するとき、代表的条件に基づき予想される発生電位を提供し、ここで第２の流れは、第１の流れの溶解固形分濃度よりも高い溶解固形分濃度を有する。
【００６９】
幾つかの場合において、第３処理段階の１つ以上の装置は、十分な数の濃度電池対を備え、生成物流れ３３１を所望のレベルに淡水化するために必要な全電位を実質的に提供する。かかる形態において、装置は、装置の半電池区画をイオン的に接続する、典型的には電解質を内部に有する塩化カリウム又は塩化ナトリウムのような、塩橋（図示せず）を備えていてもよい。例えば、塩橋の第１端部は、第２半電池区画５１２を、減耗区画５１１及び第４半電池区画５１３のいずれかと、イオン的に接続していてもよい。
【００７０】
図６Ａ及び６Ｂは、本考案のなおも幾つかの態様により、ドナン電位支援又はドナン増強ＥＤＩ装置として、特徴付けられる無電極連続脱イオン装置６００及び６１０を示す。
装置６００は、各々が処理すべき液体３３１をその内部に導入している少なくとも１つの第１減耗区画６１１を収容する円筒形シェル６０１を備えていてもよい。装置は、更に、各々がその内部に第１供給流１１１を導入している少なくとも１つの第１濃縮区画６２１と、各々がその内部に第２供給流２２３を導入している少なくとも１つの第２減耗区画６１２とを、備えていてもよい。装置６００は、典型的には、更に、各々がその内部に第３供給流１１２を導入している少なくとも１つの第２濃縮区画６２２を含む。第１減耗区画６１１は、アニオン選択膜６４１Ａ及びカチオン選択膜６５１Ｃによって画定していてもよい。第１濃縮区画６２１は、膜６４１Ａのようなアニオン選択膜及び第２カチオン選択膜６５２Ｃによって、画定していてもよい。例示するように、第１減耗区画は、膜６４１Ａを通して、第１減耗区画とイオン的に連通する。第２減耗区画６１２は、カチオン選択膜及び第２アニオン選択膜６４２Ａによって画定していてもよい。好ましくは、第２減耗区画６１２は、カチオン選択膜６５２Ｃを通して、第１濃縮区画６２１とイオン的に連通する。第２濃縮区画６２２は、アニオン選択膜及びカチオン選択膜によって画定していてもよい。好ましくは、第２濃縮区画は、第２アニオン選択膜６４２Ａを通して、第２減耗区画６１２とイオン的に連通する。更なる好ましい形態は、塩橋及び第１カチオン選択膜６５１Ｃのいずれか１つを通して、第１減耗区画６１１とイオン的に連通する第２濃縮区画を有することを含んでいてもよい。部材６６１は、イオン的及び電気絶縁並びに区画の構造的支持を提供できる。
【００７１】
第２供給流２２３は、典型的には、第１供給流１１１中の溶解固形分濃度よりも高く、好ましくは第３供給流１１２中の溶解固形分濃度よりも同様に高い、溶解固形分濃度を内部に有する。第１供給流及び第３供給流の各々の溶解固形分濃度は、処理すべき液体３３１中の溶解固形分濃度以下であってもよい。上述したように、半電池対６１２及び６２１並びに６１２及び６２２の間の濃度差は、図示したように、減耗区画６１１からのＮａ＋及びＣｌ−種の輸送を促進する電位を創り出すことができ、生成物流れを生成する。
【００７２】
無電極装置３００と同様に、図６Ｂに示された装置６１０は、それぞれ供給流１１３及び１１４を有する減耗区画６１３及び濃縮区画６２３を含む第２電池対を備える。供給流１１３は、例えば電気透析装置３２３Ａからの、ブラインであってもよく、供給流１１４は、源３１０からの海水であってもよい。例えば約５００ｐｐｍの標的溶解固形分濃度を有する生成水を生成するために、例えば約２，５００ｐｐｍの溶解固形分濃度を有する少なくとも部分的に処理された水の処理を推進するために十分な電位を好適には発生させる海水及びブライン流を利用する複数対の減耗及び濃縮区画。
【００７３】
他の形態は、少なくとも部分的に処理された水３３１を少なくとも部分的に含む供給流１１１及び１１４のいずれか１つ以上を伴っていてもよく、これにより、ブライン流２２３に対して高い濃度差を提供できる。
【００７４】
更なる注目すべき相違には、区画を通る流れの幾つかが向流方向を有することが含まれる。図示するように、第２の流れ１１１は、第１減耗区画６１１に導入される流れの方向に対して又は、幾つかの場合において、第２減耗区画に導入される第３の流れ２２３に対して、向流的に、第１濃縮区画６２１に導入してもよい。第２及び第３の流れの間の濃度差は、Ｎａ＋及びＣｌ−のような溶解種の移動を伴う半電池反応によって推進される電位を創りだすことができる。
【００７５】
装置６００及び６１０中の膜のいずれも、一価アニオン選択性又は一価カチオン選択性であってもよい。
【００７６】
本考案の幾つかの形態において、電解装置（図示せず）は、塩素、亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩及び次亜臭素酸塩のような消毒種を含んでなる水溶液を発生させるために使用できる。他の形態において、電気脱イオン装置の少なくとも１つ及び電気透析装置のいずれか１つ以上を、酸性溶液、塩基性溶液及び消毒溶液のいずれか１つ以上を発生させるために利用できる。例えば、比較的純粋な水流を陽極区画（＋）に導入してＨ＋種を収集及び凝集し、７未満のｐＨを有する酸性出口流を生成してもよい。塩化物含有溶液を陰極区画への供給流中に導入して、塩素及び次亜塩素酸塩種のような消毒種の発生を促進してもよい。ガス状水素副産物は、ガス抜きしてもよく、また、他の方法で排出してもよい。
【００７７】
本考案の種々のサブ複合装置、段階、手順及び単位操作のいずれも、１つ以上の制御装置を利用して、その操作を容易にし、監視し及び／又は調整することができる。好ましくは、制御装置（図示せず）は、本考案の複合装置の構成要素の各々を、監視し、ある場合には、制御する。
【００７８】
制御装置は、１つ以上のコンピュータシステムを使用して実行できる。コンピュータシステムは、例えば、Ｉｎｔｅｌ  ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）タイプのプロセッサ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ  ＰｏｗｅｒＰＣ（登録商標）プロセッサ、Ｓｕｎ  ＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ（登録商標）プロセッサ、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  ＰＡ−ＲＩＳＣ（登録商標）プロセッサ、又は他のいかなるタイプのプロセッサ又はそれらの組合せに基づくような、汎用コンピュータであってもよい。或いは、コンピュータシステムは、特別にプログラムされた特殊目的のハードウェア、例えば分析システムを対象とする特定用途向け集積回路ＡＳＩＣ又は制御装置を備えていてもよい。
【００７９】
コンピュータシステムは、典型的には、例えば、ディスクドライブメモリ、フラッシュメモリ装置、ＲＡＭメモリ装置又はデータを保存する他の装置のいずれか１つ以上からなるものであってもよい１つ以上のメモリ装置に接続された、１つ以上のプロセッサを備えていてもよい。メモリ装置は、典型的には、処理システム及び／又はコンピュータシステムの操作中のプログラム及びデータを保存するために、使用される。例えばメモリ装置は、ある期間に亘るパラメータに関する履歴データ並びに操作データを保存するために使用できる。本考案の実施態様を実行するプログラミングコードを始めとするソフトウェアは、コンピュータの読み出し可能及び／又は書き込み可能な不揮発性記録媒体上に保存でき、次に、典型的には、メモリ装置にコピーされ、そこで次にプロセッサによって実行できる。かかるプログラミングコードは、複数のプログラミング言語、例えば、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ、Ｃ、Ｃ＃又はＣ＋＋、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｐａｓｃａｌ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｂａｓｉｃ、ＣＯＢＡＬ、又はそれらの種々の組合せのいずれで書かれてもよい。
【００８０】
コンピュータシステムの構成要素は、例えば同じ装置内に集積された構成要素間の、１つ以上のバスを始めとする、相互接続機構、及び／又は、例えば分離した個別の装置上に存在する構成要素間のネットワークによって連結されてもよい。相互接続機構は、典型的には、その構成要素間で、通信、例えばデータ、指令の交換を可能にする。
【００８１】
コンピュータシステムは、１つ以上の入力装置、例えばキーボード、マウス、トラックボール、マイクロホン、タッチスクリーン、バルブ、位置表示器、流体センサ、温度センサ、導電率センサ、ｐＨセンサ及び組成分析器、並びに１つ以上の出力装置、例えば印刷装置、ディスプレイスクリーン又はスピーカ、アクチュエータ、電源、及びバルブを備えていてもよい。更に、コンピュータシステムは、システムの１つ以上の構成要素によって形成できるネットワークに加えて又はその代わりとして、コンピュータシステムを通信ネットワークに接続することができる、図示していない１つ以上のインタフェースを備えていてもよい。
【００８２】
本考案の１つ以上の実施態様によれば、１つ以上の入力装置は、処理システムの１つ以上のパラメータを測定するセンサを備えていてもよい。或いは、センサ、絞り弁及び／若しくはポンプ又はこれらの構成要素の全ては、コンピュータシステムに操作可能に連結される通信ネットワークに、接続されていてもよい。例えば、センサは、コンピュータシステムに直接接続される入力装置として構成してよく、絞り弁及び／又はポンプは、コンピュータシステムに接続される出力装置として構成してよく、上記のいずれか１つ以上は、通信ネットワーク上でコンピュータシステムと通信するように、他のコンピュータシステム又は構成要素に連結してもよい。かかる形態は、相互間でデータを提供しながら、一のセンサを他のセンサから相当の距離を置いて設置することを可能にするか、又は、いかなるセンサも、いかなるサブシステム及び／又は制御装置からも相当の距離を置いて設置することを可能にする。
【００８３】
制御装置は、読み出し可能及び／又は書き込み可能な不揮発性記録媒体のような、１つ以上のプロセッサによって実行されるプログラムを定義する信号が保存できる１つ以上のコンピュータ保存媒体を備えてもよい。媒体は、例えば、ディスク又はフラッシュメモリであってよい。典型的な操作において、１つ以上のプロセッサは、本考案の１つ以上の実施態様を実行するコードのようなデータを、保存媒体から、媒体に依るよりも高速な１つ以上のプロセッサによる情報へのアクセスを可能にするメモリ構造に、読み出させることができる。メモリ構造は、典型的には、プロセッサとの間の情報移転を促進する、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）又はスタティックメモリ（ＳＲＡＭ）又は他の適切な装置のような、揮発性のランダムアクセスメモリである。
【００８４】
コンピュータシステムは、本考案の種々の側面を実行できる１タイプのコンピュータシステムとして、例示されているが、本考案は、例示されているようなソフトウェア内又はコンピュータシステム上で実行されることに限定されないことが認識されるべきである。
実際、例えば、汎用コンピュータシステム上で実行されるよりも、むしろ、制御装置又は構成要素若しくはその下位部分は、専用システム又は専用のプログラム可能な論理制御装置ＰＬＣとして、又は分散制御システム中で、代替的に、実行できる。更に、本考案の１つ以上の特徴又は側面は、ソフトウェア、ハードウェア若しくはファームウェア又はそれらのいかなる組合せにおいても実行できることが認識されるべきである。例えば、制御装置によって実行可能なアルゴリズムの１つ以上のセグメントは、個別のコンピュータで実行でき、個別のコンピュータは次に、１つ以上のネットワークを通じて通信できる。
【実施例】
【００８５】
本考案のこれら及び他の実施態様の機能及び利点は、下記の実施例から更に理解できるが、これらの例は、本考案の１つ以上のシステム及び技術の利益及び／又は利点を示すものであって、本考案の全範囲を例示するものではない。
【００８６】
（実施例１）
この実施例において、本考案装置の幾つかの形態における濃度電池対を利用することによって発生できる予想される電位。下記の表１により、ネルンストの式による室温における半電池区画に導入される流れの濃度に基づく計算電位が提供される。
【００８７】
下表は、発生した電位を増加させるためには、供給流の濃度比ができるだけ大きいことが好ましいことを示す。例えば、濃度比は、少なくとも約２、好ましくは少なくとも約３、更に好ましくは少なくとも約５、なおも更に好ましくは少なくとも約１０であってもよい。
【００８８】
【表１】
0003174102.tif 000004
【００８９】
次のリストは、典型的な海水のイオン濃度を提供する。海水中の優勢なカチオン種は、
Ｎａ+、Ｋ+、Ｃａ+2及びＭｇ+2であり、且つ優勢なアニオン種は、Ｃｌ-及びＳＯ42-であ
る。重炭酸塩及び炭酸塩種のそれぞれの濃度は、水のｐＨによって決まる。
【００９０】
【表２】
0003174102.tif 000005
【００９１】
（実施例２）
この実施例は、本考案の幾つかの側面により利用できる代表的な電気透析手順を提供する。
【００９２】
図１０Ａは、第１処理段階の第１手順２２０で使用できる電気透析装置の手順を例示する。手順２２０は、エネルギー使用を最小限に抑えるために各々が最適な電圧及び電流密度で作動する、多重の段階を備えていてもよい。図示するように、手順２２０は、４段階の電気透析装置を有していてもよい。
【００９３】
第１手順において、減耗区画は直列に接続してもよく、希釈流は直列であり、１つの段階からの生成物は、下流の減耗区画の供給物となる。新鮮な海水は、各段階における関連各濃縮区画への供給物として使用され、各段階における希釈及び濃縮区画の間のいかなる濃度差をも最小限に抑える。
【００９４】
各段階は、並列で作動する多数のＥＤモジュールを有していてもよい。
【００９５】
第２手順２２２も、同様に、直列に接続された減耗区画を有する多重段階の電気透析装置を備えていてもよい。各減耗区画を同様に直列に接続して、そこからのブライン流中の凝集ＮａＣｌ濃度を、約１０％の塩含有量に増加させてもよい。図１０Ｂに示すように、第２手順２２２は、４つの電気透析段階を有することができ、その各々は、好ましくは、一価選択膜を利用する。
【００９６】
第３手順（図示せず）は、同様に複数の電気透析段階を伴っていて、水流の溶解固形分濃度を約３，５００ｐｐｍから約５，５００ｐｐｍの範囲に減少させることを促進してもよい。
【００９７】
（実施例３）
この実施例は、図４に概略的に示した約８，０００ｍ３／ｈｒの速度で海水を淡水化するための装置により、図３に実質的に表す本考案の技術を利用するシステムの予想される性能を記述する。
【００９８】
電気透析（ＥＤ）装置の２つの手順を、軟化装置及び電気脱イオン（ＥＤＩ）装置により、有限要素計算によってシミュレートした。幾つかの段階が、有限要素シミュレーションにおいて使用された；段階１〜５は、少なくとも１０％のＮａＣｌを有するブライン流を発生させるように設計され；そして、最終の２段階は、軟化装置及び電気脱イオン装置によって、生成物流れの溶解固形分濃度を減少させるように設計された。下記の表２及び３Ａ〜３Ｃは、シミュレーションパラメータ及び計算結果を一覧にして示す。表４は、ＥＤ／ＥＤＩシステムの予測エネルギー必要量をまとめたものである。
【００９９】
図７は、種々の標的特徴を有する生成水を製造するために海水を淡水化する際に必要な予想されるエネルギーをグラフにより示す。
【０１００】
流入する海水は、市販の前処理装置を使用して１０ミクロン前置濾過（図示せず）により前処理した後、約３５，７００ｐｐｍの全溶解固形分（ＴＤＳ）を有すると仮定した。
典型的には、本考案のＥＤ／ＣＥＤＩプロセスでは、水を膜に強制的に通すことがないので、これらのプロセスでは、逆浸透システムを伴う前処理のような大規模の前処理は、必要でないことに注目すべきである。
【０１０１】
供給水は、ＥＤ手順１、ＥＤ手順２に分割され、ＥＤ手順２からの濃縮流（ブライン）は、ＣＥＤＩ手順に供給するように構成される。
【０１０２】
ＥＤ手順１は、各段階の電力利用を最適化するために、２つの段階を通過する。手順１は、２，５００ｐｐｍのＴＤＳの良質な生成物を約３０％の回収率で生成する。標準的な電気透析モジュールは、この手順内で使用されることが予想される。この手順の段階１における一価選択イオン交換膜の使用は、濃縮区画中のスケール形成可能性を最小限に抑える。
【０１０３】
ＥＤ手順２、段階１は、濃縮流中で１０％のＮａＣｌ（ブライン）溶液を生成するように設計される。ブラインは、下流で軟化装置を再生するために、且つＣＥＤＩモジュール中の濃縮流の１つとして、使用される。この電気透析段階は、一価選択イオン交換膜を利用して、濃縮区画中で１０％のＮａＣｌ溶液を生成する。ＥＤ手順２中の段階１は、約７０％の回収率で作動してブライン溶液を生成する。ＥＤ段階２は、４８％の推定回収率を有する。ＥＤ手順２の全体的回収率は、約４０％である。
【０１０４】
少なくとも部分的に処理された生成水は、約２，５００ｐｐｍのＴＤＳを有し、２つの手順からの高含有量のカルシウム、マグネシウムを有する。少なくとも部分的に処理された水流は、軟化装置又はイオン交換ユニットにより軟化され、その中のカルシウム及びマグネシウムイオンを、ナトリウムイオンに交換する。軟化装置から下流ＣＥＤＩ手順への軟化された供給物は、標的飲料水品質への淡水化中にスケールを形成する傾向を有さない。軟化装置は、ＥＤ手順２、段階１によって供給される１０％のブライン溶液によって定期的に再生される。
【０１０５】
電気脱イオン装置は、ブライン流（１０％のＮａＣｌ）から排斥流への、Ｎａ＋イオン及びＣｌ−イオンの輸送を提供する。希釈流から排斥流への対イオンの輸送は、電気的中性を維持しなければならない。ＤＣ電圧の少なくとも一部が、半電池対によって発生するので、流れを横切る純熱力学的電圧は、減少する。図示していないが、ＥＤＩ排斥流のいずれも、ＥＤ装置への供給物に再利用できる。
【０１０６】
ブライン区画からの流出物は、軟化装置再生剤として使用するために、貯蔵タンクに排出できる。
【０１０７】
シミュレーションパラメータの幾つか（ＴＤＳ濃度及び流速）は、（図２及び３を参照して）次のものを含む：
・入口海水入口：                                ３５，７００ｐｐｍ
２５，２７７ｍ３／ｈｒ
・第１処理段階
第１ＥＤ手順２２０、第１ＥＤ装置３２１Ａ及び第２ＥＤ装置３２２Ｂ
減耗区画３２１Ｄ１への流入海水：            ３，１００ｍ３／ｈｒ
濃縮区画３２１Ｃ１への流入海水：            ５，１６７ｍ３／ｈｒ
区画３２１Ｃ１からの排斥：                ４９，９２９ｐｐｍ
減耗区画３２２Ｄ２への流入：              １０，０００ｐｐｍ
３，１００ｍ３／ｈｒ
濃縮区画３２２Ｃ１への流入海水：            ２，０６７ｍ３／ｈｒ
区画３２２Ｃ１からの排斥：                ４９，９２９ｐｐｍ
区画３２２Ｄ２からの生成水３２１：          ２，５００ｐｐｍ
ＥＤ手順２２２からのブライン：            ９９，５００ｐｐｍ
第２ＥＤ手順２２２、第３ＥＤ装置３２３Ａ及び第４ＥＤ装置３２４Ｂ
減耗区画３２３Ｄ１への流入海水：            ４，９００ｍ３／ｈｒ
濃縮区画３２３Ｃ１への流入海水：            ２，１００ｍ３／ｈｒ
区画３２３Ｃ１からの流出ブライン：        ９９，４６７ｐｐｍ（１０％塩分）
減耗区画３２４Ｄ２への流入：              １０，０００ｐｐｍ
濃縮区画３２４Ｃ２への流入海水：            ５，２７７ｍ３／ｈｒ
区画３２４Ｃ２からの排斥：                ４２，６６４ｐｐｍ
区画３２４Ｄ２からの流出：                  ２，５００ｐｐｍ
・第２段階軟化装置３３０への流入：                      ２，５００ｐｐｍ
・第３処理段階
電気脱イオン装置３４０
減耗区画５１１への流入：                    ８，０００ｍ３／ｈｒ
第１濃縮区画５４１への流入海水：            ２，６６７ｍ３／ｈｒ
区画５１２への流入（ブライン）：            ２，１００ｍ３／ｈｒ（１０％塩分）
区画５１２からの流出ブライン：            ９１，８４８ｐｐｍ
・生成物
区画５１１からの流出：                          ５００ｐｐｍ
【０１０８】
【表３】
0003174102.tif 000006
【０１０９】
【表４】
0003174102.tif 000007
【０１１０】
【表５】
0003174102.tif 000008
【０１１１】
【表６】
0003174102.tif 000009
【０１１２】
【表７】
0003174102.tif 000010
【０１１３】
（実施例４）
この実施例は、本考案の１つ以上の側面によるドナン増強ＥＤＩ装置を記述する。図８は、４つの電池がモジュール中で「反復ユニット」と同定される、ドナン増強ＥＤＩプロセスの概略図を示す。
【０１１４】
加えられる電界がないと、ブライン流Ｂ１中のアニオンは、ブラインと濃縮流との間の濃度差の故に、右の分離アニオン交換膜を横切って、濃縮流Ｃ１Ｂに向かって運ばれる。
電気的中性を維持するために、カチオン種の当量（電荷ベース）は、典型的には、カチオン選択膜ＣＭを横切って、希釈流Ｄ１から濃縮流Ｃ１Ｂに移動する。同様に、カチオン種は、典型的には、他のカチオン選択膜ＣＭを横切って、ブライン流Ｂ１から濃縮流Ｃ１Ａに、移動する。電気的中性を維持するために、アニオン種は、典型的には、アニオン選択膜ＡＭを横切って希釈流Ｄ２から濃縮流Ｃ１Ａに、移動する。実際に、濃度差に因るブライン流から隣接する濃縮流へのイオン移行は、希釈流から濃縮流へのイオン種の移動を促進して、電気的中性を維持すると考えることができる。希釈流は、それ故に脱イオン化される。
【０１１５】
直流ＤＣ電界が加えられると、電界に因るイオン移行は、プロセスにおけるブラインと隣接濃縮流との間の濃度差によるイオン移動現象によって増加され得る。このイオン移動現象は、ドナン増強ＥＤＩと呼ばれ、これらのイオンを透過させるイオン交換膜を横切るイオンの濃度差の結果生じるドナン電位に基づく。
【０１１６】
（実施例５）
この実施例は、汽水及び海水を淡水化するための軟化及びＥＤＩ装置を有し、ＥＤ装置を利用する、本考案の処理システム及び技術の代替的な形態を、記述する。
【０１１７】
図９及び９Ｂは、本考案の１つ以上の側面による処理システムの更なる実施態様を示す。図２に示したシステムと対照的に、処理システム９０５は、少なくとも部分的に処理された水を受け取り、第３処理段階におけるイオン交換及び更なる処理（ドナン増強電気脱イオン装置（ＤＥ−ＥＤＩ）であってもよい）の前に標的種の少なくとも一部を除去することによって水流を更に処理するために配置された、第３手順電気透析ユニットＥＤ  ＴＲＡＩＮ３を更に利用する。図９Ｂは、第３手順電気透析ユニットＥＤ  ＴＲＡＩＮ３を同様に利用する、他の代表的な処理システム９１０を示すが、このシステムは、少なくとも部分的に処理された水を受け取り、更に水流を処理するために同様に配置されるが、ＤＥ−ＥＤＩ装置よりもむしろ、代わりにブライン流なしの従来のＥＤＩ、又は極性及び流れ反転を有するＥＤＩ（ＥＤＩＲ）を利用する。
【０１１８】
ＥＤＩ  Ｒ装置は、ＩＸ軟化装置の下流に配置され、より低い軟化装置硬度除去又は再生前のより高い硬度ブレークスルーを可能にできる、高硬度供給流に耐えることができる。より高いブレークスルー条件は、ＩＸ軟化装置ユニット再生の間の時間を増加させ、軟化装置の寸法並びに資本及び運転コストを減少することもできる。
【０１１９】
図９Ａ及び９Ｂのシステムの更なる変化又は改変は、例えば、ＩＸ軟化装置をＥＤ  ＴＲＡＩＮ３の前に配置することを伴ってもよい。
【０１２０】
かかるシステムは、河口、川及び／又は地下水からの海水並びに汽水を淡水化するために利用できる。
【０１２１】
（実施例６）
この実施例においては、淡水化実験が、標準又は一価選択膜のいずれかを有する電気透析モジュールを使用して実行された。初期供給溶液は、約３５，０００ｐｐｍのＮａＣｌ溶液又は約３５，０００ｐｐｍの総溶解固形分（ＴＤＳ）を有する合成海水のいずれかであった。
【０１２２】
図１１Ａ及び１１Ｂは、生成物流れ中の標的濃度としてＥＤ生成物１ｍ３当たり必要とされる計算エネルギーが、標準イオン選択膜（図１１Ａ）及び一価選択膜（図１１Ａ）を使用して、約３５，０００ｐｐｍから約５００ｐｐｍに減少したことを示す。使用された一価選択膜は、Ｔｏｋｕｙａｍａ  Ｓｏｄａ  Ｃｏ．，Ｔｏｋｙｏ，ＪａｐａｎからのＣＭＳカチオン選択膜及びＡＭＳアニオン選択膜であった。図１２Ａ及び１２Ｂは、一価選択膜を利用する電気透析段階に関して、残存するカチオン種（図１２Ａ）及びアニオン種（図１２Ｂ）の分率を示す。
【０１２３】
両方のタイプのＥＤモジュールに関して、エネルギー消費は、供給物が合成海水である場合に、より高い。合成ＮａＣｌ溶液と比較した海水のエネルギー消費の比率は、標準膜を有するＥＤモジュールに関して１７％〜３２％の範囲にあり、一価選択膜を有するＥＤモジュールに関して２１％である。
【０１２４】
エネルギー消費は、一価選択膜を有するＥＤモジュールについて、遙かに高く、標準膜を有するＥＤモジュールのそれのほぼ二倍である。
【０１２５】
エネルギー消費は、標的生成物ＴＤＳが約５，０００ｐｐｍ未満に減少した時、急激に増加した。
【０１２６】
海水は、実施例１においてリストで示したように、ＮａＣｌに加えてＣａ＋２、Ｍｇ＋２及びＳＯ４−２のような二価イオンを含み、これらは二価イオンエネルギー消費に影響を与え得るが、このことは、海水対合成ＮａＣｌ溶液の間のデータによって示される。
【０１２７】
一価選択膜が二価イオンよりも一価イオンを優先的に通過させるので、希釈区画中の一価イオンに対する二価イオンの濃度比は、海水が一連のＥＤモジュール中で淡水化されるにつれ、増加すると考えられる。図１２Ａ及び１２Ｂは、一価選択膜を有するＥＤモジュールについての実験において残留するイオンの分率を示す。データは、膜が二価イオンの通過を一価イオンよりも遅延させることを、示している。アニオン膜の選択性は、ほぼ１００％であり、それはＴｏｋｕｙａｍａ  Ｓｏｄａの一価選択アニオン膜に関する公表データと一致する。完全に選択的なアニオン膜であれば、ＳＯ４イオンが移行しない結果となり、それ故に残留するＳＯ４イオン量は、１００％のままである。ＳＯ４濃度の増加が、電気浸透現象によるものと考えられ、それにより水は、膜を通して同様に輸送される。
【０１２８】
図１２Ａ及び１２Ｂによれば、一価選択膜を有するＥＤモジュール中における、より高いエネルギー消費は、一価イオンに対する二価イオンの濃度比の増加によると考えられる。供給水中の二価イオン、特にＳＯ４、の除去が、ＥＤ及びＥＤＩモジュールの両方においてエネルギー消費を減少させることも予想される。例えば、ナノ濾過（ＮＦ）によるＥＤステップの前処理の一部としての二価イオン除去は、ＥＤ及びＥＤＩステップの両方のエネルギー消費を減少させるであろう。それ故に、ＮＦ生成物は、出発海水よりも低い濃度でＮａＣｌ及びＫＣｌを主として含み、従って、５００ｐｐｍまで淡水化するために必要なエネルギーは、より少ないであろう。それ故に、本考案の幾つかの形態において、圧力駆動プロセスとしてのＮＦ操作を、回収を促進するために、利用でき、ＮＦ排斥において費やされた残余のエネルギーは、システムエネルギー消費を更に減少させる。エネルギー回収装置は、元来、逆浸透（ＲＯ）に関して開発されたが、ＮＦ単位操作にも適用できると考えられる。
【０１２９】
或いは、ＥＤ装置前方の、又はＥＤ及びＥＤＩ装置の間の、塩再生アニオン交換ステップも、また、全体エネルギー消費を減少させるであろう。
【０１３０】
本考案の幾つかの態様は、電気駆動プロセスを介した海水淡水化システム及び技術を提供する。廃水／濃縮水から精製水を分離するために使用される膜によって、イオン移動に対する抵抗が制限されるので、電位によって促進されるイオンの移行は、比較的効率的なプロセスとして記述される。本考案の追加の特長及び側面は、本明細書に記述されたような前処理操作であり得る。
【０１３１】
ここまで、本考案の幾つかの例示的実施態様を記述してきたが、前述の内容は単に例示的なものに過ぎず、限定的ではなく、例としてのみ示されたことは当業者には明白であろう。実際に、本考案の装置、システム及び技術の幾つかの代表的な形状、並びにかかる形状で実行される特殊な構成要素が、本開示の一部であると考えられる。例えば、各単位操作は、それが、接続可能な又は、例えば流体的に接続されたというように、接続されたとして本明細書に記述される場合、かかる接続を提供する入口及び出口ポートを、それぞれ、伴う。接続構造の非限定的な例には、ボルト及びナットで固着され、典型的にはガスケットにより密閉された、パイプ及びねじ付き又は溶接されたフランジを含む。多数の改変及び他の実施態様が、当業者の範囲内にあり、本考案の範囲に入ることが予想される。特に、本明細書に示した実施例の多くは、方法行為及びシステム要素の特定の組合せを伴うが、これらの行為及びこれらの要素が、同じ目標を達成するために、他の方法で組み合わせられることを理解すべきである。
【０１３２】
当業者は、本明細書に記載のパラメータ及び形状が例示的なものであり、且つ実際のパラメータ及び／又は形状が、本考案の複合装置及び技術が使用される特殊な用途によって決まることを認めるべきである。当業者は、また、日常的な実験を用いるだけで、本考案の特定の実施態様の等価物を認識又は確認するはずである。従って、本明細書に記載された実施態様が、例としてのみ示されていること、添付の請求項及びその等価物の範囲内で、本考案が具体的に記載された以外の装置で実施できることが理解されるべきである。
【０１３３】
更に、本考案が、本明細書に記載の各特性、複合装置、サブ複合装置又は技術、並びに、本明細書に記載の２つ以上の特性、複合装置、サブ複合装置又は技術のいかなる組合せにも向けられていることを、認識すべきであり、且つ２つ以上の特性、複合装置、サブ複合装置及び／又は方法のいかなる組合せも、かかる特性、複合装置、サブ複合装置及び技術が相互に矛盾しなければ、特許請求項において具体化された本考案の範囲内にあると考えるべきである。更に、１つの実施態様に関連してのみ説明された、行為、要素及び特性は、他の実施態様における同様な役割から排除されることを意図しない。
【０１３４】
本明細書で使用するような、「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、２つ以上の項目又は構成要素を指している。「含有してなる、備えてなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」及び「伴う（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」いう用語は、明細書、特許請求項等のいずれであっても、オープンエンド用語であり、即ち「〜を含むが、それらに限定されない」ことを意味している。それ故に、そのような用語を使用していれば、その後に列記されている項目と、その等価物と、更には追加の項目も包含されているということを意味している。「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ
ｏｆ）、及び、〜から実質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ
ｏｆ）」という移行句のみは、特許請求項に関しては、それぞれクローズド又はセミクローズドな移行句である。特許請求項において請求項要素を修飾する、序数詞、例えば「第一の（ｆｉｒｓｔ）」、「第二の（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第三の（ｔｈｉｒｄ）」等の用語は、それ自体で、いかなる一つの請求項要素も、他のものに対して優先し、先行し又は順序があるとか、一つの方法の行為が実施される時間的順序があることを意味している訳ではなく、複数の請求項要素を区別する目的で、ある名前を有する１つの請求項要素を、（序数詞がなかったならば）同じ名前を持つ他の要素から区別するための標識として単に使用されているに過ぎない。
【図１】
0003174102.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
0003174102.tif 000017
【図７】
0003174102.tif 000018
【図８】
0003174102.tif 000019
【図９Ａ】
0003174102.tif 000020
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
0003174102.tif 000022
【図１０Ｂ】
0003174102.tif 000023
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月21日(2011.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
その内部に固体を溶解した水源に流体的に接続された第１減耗区画であって、カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜により少なくとも部分的に画定されている減耗区画；
第１溶解固形分濃度を有する第１水性液体源の下流に流体的に接続され、且つカチオン選択膜を通して第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画；及び
前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水性液体源の下流で流体的に接続され、且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画；を備える電気脱イオン装置。
【請求項２】
前記第１水性液体が約４重量％未満の第１溶解固形分濃度を有する海水である請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項３】
前記第２水性液体が少なくとも約１０重量％の第２溶解固形分濃度を有するブラインである請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４】
前記第１減耗区画が、約２，５００ｐｐｍ未満の溶解固形分濃度を有する水源に、流体的に接続されている請求項３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項５】
前記第１溶解固形分濃度に対する前記第２溶解固形分濃度の比が少なくとも約３である請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項６】
水源に流体的に接続され且つ第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜によって少なくとも部分的に画定される第１減耗区画；
第１溶解固形分濃度を有する第１水溶液源に流体的に接続された第１濃縮区画であって、第１アニオン選択膜及び第１カチオン選択膜のうちの１つを通して、前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画；並びに
前記第１溶解固形分濃度よりも高い第２溶解固形分濃度を有する第２水溶液源に流体的に接続された第２減耗区画であって、典型的には、第２カチオン選択膜及び第２アニオン選択膜のうちの１つを通して、前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画；を備える、内部にイオン種を溶解した水を処理する水処理装置。
【請求項７】
前記第２溶解固形分濃度よりも低い第３溶解固形分濃度を有する第３水溶液源及び前記第１水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された第２濃縮区画であって、第２アニオン選択膜及び第２カチオン選択膜のうちの１つを通して第２減耗区画とイオン的に連通する第２濃縮区画を、更に備える請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２濃縮区画が、前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画と、イオン的に連通する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１減耗区画と前記第２濃縮区画とをイオン的に接続する塩橋を更に備える請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２水溶液源及び前記第３溶解固形分濃度よりも高い第４溶解固形分濃度を有する第４水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された第３減耗区画を更に備え、前記第３減耗区画が第３カチオン選択膜を通して前記第２濃縮区画とイオン的に連通する請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１水溶液源、前記第３水溶液源並びに前記第２溶解固形分濃度及び前記第４溶解固形分濃度のいずれよりも低い第５溶解固形分濃度を有する第５水溶液源のうちの少なくとも１つに流体的に接続された第３濃縮区画を更に含み、前記第３濃縮区画は第３アニオン選択膜を通して前記第３減耗区画とイオン的に連通する請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第３濃縮区画が前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通している請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第３濃縮区画が、塩橋を通して、前記第１減耗区画とイオン的に連通する請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
電極を有さない請求項６に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１減耗区画及び前記第１濃縮区画が、同じ源の下流に、流体的に接続された請求項６に記載の装置。
【請求項１６】
海水源に流体的に接続された第１減耗区画入口及び第１減耗区画出口を有する少なくとも１つの第１減耗区画と、
第１濃縮区画入口及び第１濃縮区画出口を有する少なくとも１つの第１濃縮区画とを備える少なくとも１つの電気透析装置；
前記海水源に流体的に接続された第２減耗区画入口及び第２減耗区画出口を有する少なくとも１つの第２減耗区画と、
前記海水源に流体的に接続された第２濃縮区画入口及びブライン出口を有する少なくとも１つの第２濃縮区画と、を備える少なくとも１つの第２電気透析装置；
前記第１減耗区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つに流体的に接続されたイオン交換器入口と、イオン交換器出口と、を有する少なくとも１つのイオン交換ユニット；並びに
前記イオン交換器出口に流体的に接続された第１減耗区画であって、第１カチオン選択膜及び第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定していてもよい第１減耗区画と、
前記海水源に流体的に接続され且つ前記第１カチオン選択膜を通して前記第１減耗区画とイオン的に連通する第１濃縮区画と、
前記ブライン出口の下流に流体的に接続され且つ第２アニオン選択膜を通して前記第１濃縮区画とイオン的に連通する第２減耗区画と、を有する少なくとも１つの電気脱イオン装置；を備える海水淡水化複合装置。
【請求項１７】
前記第１濃縮区画及び前記第２減耗区画のうちの少なくとも１つがイオン交換樹脂を含まない請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置が、
前記第１アニオン選択膜によって少なくとも部分的に画定され且つ前記海水源に流体的に接続された入口を有する第２濃縮区画と、
第２カチオン選択膜を通して前記第２濃縮区画とイオン的に連通し、且つ前記ブライン出口、前記第１濃縮区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つと流体的に接続された入口を有する第３減耗区画と、を更に備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項１９】
前記第１濃縮区画、前記第２減耗区画、前記第２濃縮区画及び前記第３減耗区画のうちの少なくとも１つがイオン交換樹脂を含まない請求項１８に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２０】
前記第１濃縮区画出口及び前記第２減耗区画出口のうちの少なくとも１つに流体的に接続されたブライン貯蔵タンクを更に備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２１】
前記ブライン貯蔵タンクが、前記少なくとも１つのイオン交換ユニットに流体的に接続された出口を、備える請求項２０に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２２】
前記第１減耗区画の下流且つ前記イオン交換ユニットの上流に流体的に接続された第３減耗区画を有する第３電気透析装置を更に備える請求項２１に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２３】
前記第２減耗区画の下流且つ前記イオン交換ユニットの上流に流体的に接続された第４減耗区画を有する第４電気透析装置を更に備える請求項２２に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２４】
少なくとも１つの前記第１電気透析装置が、前記少なくとも１つの第１減耗区画及び前記少なくとも１つの第１減耗区画の間に配置された、一価選択膜を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２５】
前記電気脱イオン装置の前記第１減耗区画がイオン交換媒体の混床を備える請求項２４に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２６】
前記海水源の下流であって、前記少なくとも１つの第１電気透析装置、前記少なくとも１つの第２電気透析装置及び前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、のうちの少なくとも１つの上流に、流体的に接続された少なくとも１つの前処理単位操作を更に含む請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの前処理単位操作が、濾過装置、塩素化装置、脱塩素装置及び圧力駆動装置なる群から選択される、少なくとも１つのサブ複合装置を備える請求項２６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２８】
前記前処理単位操作は、マイクロフィルタ、サンドフィルタ、粒子フィルタ及びナノ濾過装置、のうちの少なくとも１つを備える請求項２７に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置の少なくとも１つは、陽極コレクタと、陰極コレクタと、陽極及び陰極コレクタとイオン的に連通する塩橋と、を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、前記少なくとも１つの第１電気透析装置及び前記少なくとも１つの第２電気透析装置、のうちの少なくとも１つは、塩化物種を溶解した水溶液源の下流に流体的に接続された陽極区画を備え、前記陽極区画が、塩素出口及び次亜塩素酸塩出口のうちの１つを備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの電気脱イオン装置、前記少なくとも１つの第１電気透析装置及び前記少なくとも１つの第２電気透析装置、のうちの少なくとも１つは、苛性流れ出口を備える第２電極区画を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのイオン交換ユニットが塩化物型アニオン交換樹脂を備える請求項１６に記載の海水淡水化複合装置。