BRPI0610715A2

BRPI0610715A2 - método e sistema de tratamento de água e método de regeneração do meio em sistema de tratamento de água com dispositivo de eletrodeionização

Info

Publication number: BRPI0610715A2
Application number: BRPI0610715-0A
Authority: BR
Inventors: Evgeniya Freydina; Aytac Sezgi
Original assignee: Siemens Water Tech Holdg Corp
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2010-07-20
Also published as: TW200706233A; TWI296539B; EP1874467A2; MX2007012749A; US20060231495A1; WO2006112960A3; CN101213021A; US7658828B2; WO2006112960A2; CA2604247A1

Abstract

A presente invenção refere-se geralmente a métodos, a sistemas, e a dispositivos para purificar eletricamente os líquidos que contém espécies tais como minerais, sais, íons, orgânicos, e similares. Um aspecto da invenção provê métodos para regenerar um meio com um dispositivo de purificação elétrica, por exemplo, expondo o meio a uma ou mais soluções de purificação, e<sym>ou seletivamente dessorver ions, orgânicos, e<sym>ou outras espécies do meio pela exposição do meio a certas condições de eluição. Em ainda outro aspecto, métodos para remover seletivamente um ou mais íons, orgânicos e<sym>ou outras espécies de um líquido a ser purificado são providos, por exemplo, pela remoção seletiva de um ou mais íons, orgânicos, e similares da solução que podem facilmente precipitar, e<sym>ou fazer com que incrustações e<sym>ou outros resíduos ocorram. Em ainda outro aspecto, a invenção provê um método para tratar uma solução que contém ions, orgânicos e<sym>ou outras espécies utilizando um aparelho de purificação elétrica em um modo contínuo ou semicontinuo, enquanto também executa a regeneração do meio contido no aparelho.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REGENERAÇÃODE MEIO DE ADSORÇÃO DENTRO DE APARELHOS DE PURIFICAÇÃOELÉTRICOS".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se geralmente a métodos, sistemas,e dispositivos para purificar líquidos através de purificação elétrica e, maisparticularmente, a métodos, sistemas, e dispositivos para purificar líquidosque contenham minerais, sais, íons, orgânicos, e similares, com um disposi-tivo de purificação elétrica que contém um meio de adsorção que pode serregenerado no dispositivo de eletrodesionização.

Discussão da Técnica Relacionada

Os dispositivos capazes de purificar os líquidos utilizando oscampos elétricos são comumente utilizados para tratar a água e outros líqui-dos que contém espécies iônicas dissolvidas. Dois tipos de dispositivos depurificação elétrica são os dispositivos de eletrodiálise e os dispositivos deeletrodesionização. Dentro destes dispositivos existem compartimentos deconcentração e de diluição separados por membranas seletivas de ânions ecátions. Um campo elétrico aplicado faz com que os íons dissolvidos migrematravés das membranas seletivas de ânions e cátions, resultando no líquidodo compartimento de diluição ficando esgotado de íons, enquanto que o lí-quido dentro do compartimento de concentração é enriquecido com os íonstransferidos. Tipicamente, o líquido dentro do compartimento de diluição édesejado (o líquido de "produto"), enquanto que o líquido dentro do compar-timento de concentração é descartado (o líquido de "rejeito"). No dispositivode eletrodesionização, os compartimentos de diluição e de concentraçãotambém tipicamente contém um meio de adsorção, tal como uma resina detroca de íons. A resina de troca de íons dentro do dispositivo de eletrodesio-nização pode atuar como um percurso para a transferência de íons, e/ou aresina de troca de íons pode servir como uma ponte de condutividade au-mentada entre as membranas para facilitar o movimento de íons dentro dodispositivo de eletrodesionização. Uma vez que a resina de troca de íons tor-nou-se saturada com as espécies de íons adsorvidas, a troca de íons atingiuum equilíbrio; assim, nenhuma troca líquida em concentração de íons adsor-vidos na resina ocorrerá. Tipicamente, para estender o tempo de vida opera-cional da resina de troca de íons, uma etapa de pré-tratamento é executada(tal como um "pré-amaciamento") para reduzir a concentração de espéciesdentro do líquido que entra que pode fazer com que tal incrustação ou resí-duos ocorram. Descrições adicionais de dispositivos de eletrodesionizaçãoforam descritas, por exemplo, em Giuffrida et al. nas Patentes U.S. Números4.632.745; 4.925.541; e 5.211.823; por Ganzi nas Patentes U.S. Números5.259.936, e 5.316.637; por Orem et al na Patente U.S. Número 5.154.809; eporTowe etal. na Patente U.S. Número 6.235.166.

Em certos regimes de operação conhecidos, um dispositivo depurificação elétrica pode ocasionalmente ser limpo pela exposição do dispo-sitivo a soluções de concentrações relativamente baixas de ácido, salmoura,ou cáustica. Convencionalmente, a limpeza é executada somente quando odispositivo tornou-se obstruído ou inutilizável para conseguir a pureza deágua desejada, por exemplo, devido a resíduos nas resinas. Tal limpeza es-tá projetada e destinada somente para desobstruir o dispositivo de purifica-ção elétrica, e permitir a retomada de suas operações. No entanto, pouca, sealguma, regeneração das resinas é efetuada por tais regimes de limpezaesporádicos.

Sumário da Invenção

A presente descrição geralmente refere-se a métodos, sistemas,e dispositivos para purificar eletricamente os líquidos que contém espéciestais como minerais, sais, íons, orgânicos, e similares. O assunto desta in-venção envolve, em alguns casos, produtos inter-relacionados, soluções al-ternativas para um problema específico, e/ou uma pluralidade de diferentesusos de um ou mais sistemas e/ou artigos.

Em um conjunto de modalidades, o método inclui atos de proverum dispositivo de eletrodesionização que compreende um meio de adsorçãodentro de pelo menos um compartimento e regenerar pelo menos uma por-ção do meio de adsorção dentro de pelo menos um compartimento do dis-positivo de eletrodesionização antes do meio de adsorção atingir a sua ca-pacidade de adsorção máxima para pelo menos uma espécie-alvo selecio-nada.

O método, em outro conjunto de modalidades, inclui atos de pro-ver um dispositivo de eletrodesionização que contém um meio de adsorçãoque compreende adsorvida a este pelo menos uma espécie-alvo, expondo omeio de adsorção a um primeiro líquido de dessorção que compreende umaespécie regeneradora em uma primeira concentração, e expor o meio deadsorção a um segundo líquido de dessorção que compreende a espécieregeneradora em uma segunda concentração, o líquido de dessorção capazde remover a segunda espécie-alvo do meio de adsorção.

Em outro aspecto, a invenção compreende um sistema. O sis-tema, em um conjunto de modalidades, inclui um dispositivo de eletrodesio-nização configurado para conter um meio de adsorção, e um controladorconfigurado para facilitar a dessorção de uma fração substancial de um íonalvo adsorvido no meio de adsorção pela introdução de um líquido no dispo-sitivo de eletrodesionização.

Outras vantagens e novas características da invenção ficarãoaparentes da descrição detalhada seguinte das várias modalidades não limi-tantes da invenção quando consideradas em conjunto com as figuras acom-panhantes. Em casos onde a presente especificação e um documento incor-porado por referência incluir uma descrição conflitante e/ou inconsistente, apresente invenção deverá controlar.

Breve Descrição dos Desenhos

As modalidades não limitantes da presente invenção serão des-critas por meio de exemplo com referência às figuras acompanhantes, asquais são esquemáticas e não pretendem estar desenhadas em escala. Nasfiguras, cada componente idêntico ou quase idêntico ilustrado está tipica-mente representado por um único número. Para os propósitos de clareza,nem todos os componentes estão identificados em todas as figuras, nemtodos os componentes de cada modalidade da invenção estão mostradosonde a ilustração não é necessária para permitir que aqueles versados natécnica compreendem a invenção. Nas figuras:figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um aparelho depurificação elétrica, de acordo com uma modalidade da invenção;

figuras 2A e 2B são diagramas esquemáticos que ilustram o mo-vimento de íons dentro de um dispositivo de eletrodesionização;

figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo deum aparelho de purificação elétrica, de acordo com uma modalidade da in-venção;

figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo deum aparelho de purificação elétrica, de acordo com outra modalidade da in-venção;

figura 5 é um gráfico que ilustra, em relação ao tempo, a concen-tração de Ca2+ nos fluxos de alimentação e de produto de um dispositivo deeletrodesionização da invenção, de acordo com outra modalidade da invenção;

figura 6 é um gráfico que ilustra a remoção de várias espéciesde um líquido que está sendo purificado em um dispositivo de eletrodesioni-zação da invenção;

figura 7 é um gráfico que ilustra a remoção de Ca2+ em relaçãoao tempo em um dispositivo de eletrodesionização da invenção;

figura 8 é um gráfico que ilustra a remoção de sal de um líquidoque está sendo purificado em um exemplo de dispositivo de eletrodesioniza-ção da invenção no 9Ü dia de operação do dispositivo de eletrodesionização;

figura 9 é um gráfico que ilustra a remoção de sal de um líquidoque está sendo purificado em um exemplo de dispositivo de eletrodesioniza-ção da invenção no 172 dia de operação do dispositivo de eletrodesionização;

figura 10 é um gráfico que ilustra a remoção de Ca2+ de um e-xemplo de dispositivo de eletrodesionização da invenção, com e sem rege-neração do meio;

figura 11 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo deum aparelho de purificação elétrica, de acordo com uma modalidade da in-venção;figura 12 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo deum aparelho de purificação elétrica, de acordo com outra modalidade da in-venção;

figura 13 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo deum aparelho de purificação elétrica, de acordo com ainda outra modalidadeda invenção;

figura 14 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo deum aparelho de purificação elétrica, de acordo com ainda outra modalidadeda invenção;

figura 15 é um diagrama esquemático que ilustra um exemplo deum aparelho de purificação elétrica, de acordo com outra modalidade da in-venção;

figura 16 é um gráfico que ilustra a remoção de sal em relaçãoao tempo em um dispositivo de eletrodesionização, de acordo com uma mo-dalidade da invenção;

figura 17 é um gráfico que ilustra a remoção de sal em relaçãoao tempo em um dispositivo de eletrodesionização, de acordo com outramodalidade da invenção;

figura 18 é um gráfico que ilustra uma modalidade da invençãona qual a fração de capacidade de adsorção restante para uma espécie-alvomuda como uma função do tempo sobre um número de ciclos de operação /regeneração; e

figura 19 é um gráfico que ilustra outra modalidade da invençãona qual a fração de capacidade de adsorção restante para uma espécie-alvomuda como uma função do tempo sobre um número de ciclos de operação /regeneração.

Descrição Detalhada

A presente descrição geralmente refere-se a métodos, sistemas,e dispositivos para purificar eletricamente líquidos que contenham espéciestais como minerais, sais, íons, orgânicos, e similares, incluindo os métodosde fabricação, promoção, e utilização de tais métodos, sistemas, e dispositi-vos. Um aspecto da invenção prove um aparelho de purificação elétrica. Oaparelho de purificação elétrica pode incluir um dispositivo de eletrodesioni-zação. O dispositivo de eletrodesionização pode ser operado em qualquermodo adequado, por exemplo, continuamente ou essencialmente continua-mente, intermitentemente, sob demanda, etc. Em alguns casos, o dispositivode eletrodesionização pode ser operado com inversões de polaridade perió-dicas, por exemplo, como descrito por Gallagher, et al, na Patente U.S. Nú-mero 5.558.753, a qual está aqui incorporada por referência. Em outro as-pecto, métodos para regenerar um meio dentro de um dispositivo de purifi-cação elétrica, e sistemas projetados e configurados para implementar taismétodos, estão providos. Por exemplo, em certas modalidades, a regenera-ção do meio contido em um dispositivo de purificação elétrica da invenção éefetuada pela exposição do meio a uma ou mais soluções de purificação, porexemplo, soluções de sal, e/ou seletivamente dessorvendo os íons, os orgâ-nicos, e/ou outras espécies do meio pela exposição do meio a condições depurificação selecionadas, como abaixo descrito em mais detalhes. Em aindaoutro aspecto, métodos para seletivamente remover um ou mais íons, maté-rias orgânicas, e/ou outras espécies de um líquido a ser purificado, em umgrau que difere do grau de remoção de outras espécies, estão providos, porexemplo, pela remoção seletiva de um ou mais íons, ou matérias orgânicas,etc. da solução que possam facilmente precipitar, e/ou fazer com que incrus-tações e resíduos ocorram. Em ainda outro aspecto, a invenção prove ummétodo para tratar uma solução que contém íons, orgânicos, e/ou outrasespécies utilizando um aparelho de purificação elétrica em um modo contí-nuo ou semicontínuo, enquanto também executando a regeneração do meiocontido no aparelho.

Como aqui utilizado, um dispositivo de "purificação elétrica" écapaz de purificar um líquido que contém uma ou mais espécies (por exem-plo, íons) dissolvidos e/ou suspensos no mesmo pela utilização de um cam-po elétrico capaz de influenciar e/ou induzir o transporte ou a mobilidade dasespécies dissolvidas e/ou suspensas dentro do líquido (diretamente ou indi-retamente) para pelo menos parcialmente efetuar a separação do líquido edas espécies. As uma ou mais espécies dissolvidas e/ou suspensas no lí-quido a serem removidas pelo dispositivo de purificação elétrica são tam-bém, em certos casos, referidas aqui como espécies "alvo" (adicionalmenteabaixo descritas). Um aparelho de purificação elétrica é um aparelho queinclui um ou mais dispositivos de purificação elétrica, e, opcionalmente, ou-tras unidades associadas com o(s) dispositivo(s) de purificação elétrica, porexemplo, os tubos, as bombas, os tanques, os sistemas de controle, os sis-temas de geração / suprimento / distribuição de eletricidade, etc. (exemplosadicionais abaixo discutidos). Os exemplos não limitantes de dispositivos depurificação elétrica incluem os dispositivos de eletrodiálise e os dispositivosde eletrodesionização. Como aqui utilizados, aos termos "eletrodiálise" e"eletrodesionização" são dados as suas definições comuns como utilizadasna técnica. Um dispositivo de eletrodiálise tipicamente tem diversos compar-timentos que são utilizados para diluir ou concentrar os íons e/ou outras es-pécies em solução em um líquido. Um dispositivo de eletrodesionização ésimilar a um dispositivo de eletrodiálise; mas também inclui um "meio" sólido(por exemplo, um meio de adsorção, tal como um meio de troca de íons) emum ou mais compartimentos dentro do dispositivo. O meio é geralmente ca-paz de coletar ou descarregar as espécies tônicas e/ou outras, por exemplopor adsorção / dessorção. O meio pode carregar uma carga elétrica perma-nente e/ou temporária, e pode operar, em alguns casos, para facilitar as rea-ções eletroquímicas projetadas para conseguir ou melhorar o desempenhodo dispositivo de eletrodesionização, por exemplo, separação, quimiossor-ção, fisiossorção, eficiência de separação, etc. Os exemplos de meio inclu-em, mas não estão limitados a, um meio de troca de íons em formatos taiscomo partículas, fibras, membranas, e similares. Tais materiais são bem co-nhecidos na técnica e já são prontamente comercialmente disponíveis.

Uma "espécie-alvo", como aqui utilizada, é uma espécie dissol-vida e/ou suspensa em um líquido que é desejada ser removida de uma so-lução de alimentação utilizando um dispositivo de purificação elétrica paraproduzir uma solução de produto. Geralmente, o meio de adsorção utilizadoem um dispositivo de purificação elétrica é selecionado para ter uma afinida-de com a espécie-alvo, sob pelo menos certas condições de operação, queé maior do que a sua afinidade com, sob as mesmas condições, espéciesnão-alvo na solução de alimentação. Exemplos de espécies-alvo que sãodesejavelmente removidas de um líquido utilizando certos aparelhos de puri-ficação elétrica da invenção incluem certas espécies de íons, moléculas or-gânicas, outras substâncias semanalmente ionizadas, e organismos, em al-guns casos. As espécies iônicas alvo que são desejavelmente removidaspodem ser um ou mais íons capazes de precipitar da solução, e/ou são ca-pazes de reagir com outras espécies e/ou íons em uma solução para formarsais e/ou outras compostas que são capazes de precipitar da solução, demodo a causar uma incrustação substancial durante a operação de um apa-relho de purificação elétrica, isto é, a formação de um depósito substancial-mente insolúvel (uma "incrustação").

Um "íon não-precipitável" ou "íon não-alvo" como aqui utilizado,refere-se a um íon que não é comumente capaz de precipitar da solução oureagir com outras espécies e/ou íons em uma solução para formar sais e/ououtros compostos capazes de precipitar da solução, de modo a causar umaincrustação substancial, em concentrações encontradas em operações deaparelhos de purificação elétrica. Por exemplo Na+, Cl", K+, OH", e H+, com-preendem uma lista não inclusiva de íons não-precipitáveis. Tais "íons não-precipitáveis" ou "íons não-alvo" podem compreender exemplos de uma "es-pécie de matriz", a qual refere-se, geralmente, a uma espécie que está dis-solvida e/ou suspensa em um líquido e para a qual um meio de adsorção emum dispositivo-de purificação elétrica de certas modalidades da invençãotem uma menor afinidade que a sua afinidade para as "espécies-alvo" sobum conjunto particular de condições selecionadas. Em certas modalidades,como abaixo descrito em maiores detalhes, as espécies de matriz e o meiode adsorção podem ser selecionados de modo que as uma ou mais espé-cies de matriz compreendem uma espécie de "purificação" ou "regenera-ção". Uma espécie de "purificação" ou "regeneração", como aqui utilizado,tipicamente tem uma afinidade a um meio de adsorção contido em um dis-positivo de purificação elétrica que é menor do que aquela da espécie-alvo,mas, quando presente em concentrações suficientemente altas, é capaz deforçar a espécie-alvo dessorver do meio de adsorção. Como aqui utilizado,"incrustação substancial" refere-se a condições nas quais a formação dedepósitos de incrustação criados por espécies iônicas alvo afeta adversa-mente o funcionamento e o desempenho apropriados do aparelho de purifi-cação elétrica. Um depósito de incrustação é usualmente substancialmenteinsolúvel, isto é, um depósito que substancialmente não perde a sua massa(isto é, dissolve) quando deixado não perturbado e exposto à água pura sobas condições ambiente por períodos prolongados de tempo, por exemplo,pelo menos um dia. Por exemplo, um depósito substancialmente insolúvelpode reter pelo menos aproximadamente 95% de sua massa inicial após serdeixado não perturbado e exposto à água pura por um dia sob as condiçõesambientes.

Os exemplos não limitantes de íons de espécies iônicas alvopode incluir Ca2+, Mg2+, Si4+, Cu2+, Al3+, Fe3+, Mn2+, Pb3+, Pb4+, S042", HC03",e similares, assim como combinações de quaisquer dois ou mais destes, porexemplo, Ca2+ e Mg2+ e Fe3+, Mg2+ e Fe3+, Mg2+ e Pb3+, e similares. Concen-trações típicas, não limitantes de espécies iônicas alvo em água de alimen-tação incluem: pelo menos aproximadamente 50 mg/l ou mais, pelo menosaproximadamente 60 mg/l ou mais, pelo menos aproximadamente 70 mg/lou mais, pelo menos aproximadamente 80 mg/l ou mais, pelo menos apro-ximadamente 90 mg/l ou mais, pelo menos aproximadamente 100 mg/l oumais, pelo menos aproximadamente 110 mg/l ou mais, pelo menos aproxi-madamente 120 mg/l ou mais, pelo menos aproximadamente 130 mg/l oumais, pelo menos aproximadamente 140 mg/l ou mais, pelo menos aproxi-madamente 150 mg/l ou mais, pelo menos aproximadamente 160 mg/l oumais, pelo menos aproximadamente 170 mg/l ou mais, pelo menos aproxi-madamente 180 mg/l ou mais, pelo menos aproximadamente 190 mg/l oumais, pelo menos aproximadamente 200 mg/l ou mais, pelo menos aproxi-madamente 250 mg/l ou mais, ou pelo menos aproximadamente 500 mg/l oumais.

Como aqui utilizado, os "íons de dureza" são Ca2+ e Mg2+. Osíons de dureza são exemplos de espécies iônicas alvo típicas em certas mo-dalidades. Também como aqui utilizado, "água dura" é a água (ou uma solu-ção aquosa) que contém uma quantidade substancial de um ou mais dosíons de dureza, tipicamente em quantidades que permitem que uma incrus-tação substancial ocorra (freqüentemente referidos, no conjunto, como a"dureza" da água). Por exemplo, a água dura pode ter uma dureza de pelomenos aproximadamente 50 mg/l de um ou mais tipos de íons de durezapresente, e em alguns casos, pelo menos aproximadamente 75 mg/l, pelomenos aproximadamente 100 mg/l, pelo menos aproximadamente 125 mg/l,pelo menos aproximadamente 150 mg/l, pelo menos aproximadamente 175mg/l (10 gr/gal (grãos por galão)), pelo menos aproximadamente 200 mg/l,pelo menos aproximadamente 225 mg/l, ou pelo menos aproximadamente250 mg/l ou mais em alguns casos. Como outro exemplo, a água dura podeter uma dureza de pelo menos aproximadamente 10 ppm de um ou maistipos de íons de dureza, e em alguns casos, pelo menos aproximadamente20 ppm, pelo menos aproximadamente 25 ppm, pelo menos aproximada-mente 50 ppm, pelo menos aproximadamente 75 ppm, pelo menos aproxi-madamente 100 ppm, de um ou mais tipos de íons de dureza presente. Emalguns casos, uma espécie iônica alvo pode ser semanalmente ionizável, talcomo, por exemplo, a sílica.

Outro exemplo de uma espécie-alvo, em certas modalidades, éuma molécula orgânica, a qual pode ocorrer naturalmente e/ou de outro mo-do estar presente dentro do líquido, por exemplo, como um poluente. Exem-plos não limitantes de moléculas orgânicas que podem ser espécie-alvo in-cluem os ácidos orgânicos naturalmente formados, tais como o ácido húmi-co, o ácido fúlvico, os ácidos úlmicos, ou similares os quais, em alguns ca-sos podem ser criados através da degradação de orgânicos ou de matériaorgânica. Outros exemplos de moléculas orgânicas alvo a serem removidasincluem as moléculas orgânicas que não ocorrem naturalmente, por exem-plo, os pesticidas, os herbicidas, os disruptores endócrinos, a cafeína, oshormônios ou os análogos de hormônio, os hidrocarbonetos (por exemplo,gasolinas ou óleos), ou similares. Outros exemplos de espécies orgânicasalvo podem incluir os subprodutos de organismos, tais como as endotoxinasbacterianas, as enzimas, as proteínas, ou similares. Em certos casos, a es-pécie orgânica alvo pode incluir organismos inteiros, tais como vírus, bacté-rias, cistos, oocistos, ou similares.

Um "orgânico" ou um "material orgânico", ou um "composto or-gânico", ou uma "molécula orgânica", como aqui utilizado, são dados osseus significados comuns como utilizados na técnica, por exemplo, um oumais compostos que contém carbono, que podem compreender uma espé-cie orgânica alvo. De importância específica no contexto das modalidades dainvenção que envolvem a purificação de água são os orgânicos que estãotipicamente presentes em muitas fontes de água comumente utilizadas (porexemplo, de uma fonte natural). Os orgânicos, dependendo de sua naturezae composição, podem estar presentes em uma forma não ionizada, ou umaionizada, isto é, positivamente carregada ou negativamente carregada. Tipi-camente, os orgânicos surgem de fontes biológicas. Em alguns casos, porexemplo, se múltiplos orgânicos estiverem presentes, os compostos orgâni-cos não precisam cada um ser individualmente especificados, e podem, aocontrário, ser referidos em conjunto.

Por exemplo, o "carbono orgânico total" (ou "TOC") em um líqui-do pode ser prontamente identificado ou estudado sem necessariamenteespecificamente identificar ou caracterizar cada composto orgânico presen-te, como é conhecido daqueles versados na técnica. Como aqui utilizado, o"carbono orgânico total" (ou "TOC") é definido como a quantidade total deum-ou-mais compostos orgânicosJonizáveis em solução. Um composto or-gânico "ionizável" em um composto orgânico que pode ionizar em solução(isto é, tem a capacidade de existir em solução em uma forma ionizada, op-cionalmente em equilíbrio com uma forma não ionizada) sob as condiçõespadrão (isto é, 25 °C e 1 atm de pressão, na ausência de um campo elétricosustentado). Aqueles versados na técnica serão capazes de determinar ograu de ionização que uma espécie específica sofre em solução sob as con-dições padrão. Quando múltiplos compostos orgânicos ionizáveis estão pre-sentes na solução, os compostos orgânicos não precisam cada um ser indi-vidualmente especificados, e podem, ao contrário, ser referidos em conjunto.Assim, o TOC de um líquido pode ser identificado e/ou estudado sem neces-sariamente especificamente identificar ou caracterizar todos ou cada com-posto orgânico ionizável específico presente. Em alguns casos, o materialorgânico pode também ionizar (ou ser adicionalmente ionizado) durante aoperação do dispositivo de eletrodesionização, por exemplo, quando o mate-rial orgânico é exposto a um campo elétrico de aproximadamente 100 V/m.Aqueles versados na técnica conhecerão as técnicas adequadas para de-terminar as concentrações de compostos orgânicos e/ou as concentraçõesde TOC em um líquido. Por exemplo, uma concentração de um compostoorgânico e/ou a concentração de TOC em um líquido pode ser determinadautilizando um sistema de cromatografia de gás / espectrometria de massa("GC/MS"), ou um analisador de TOC, isto é, um dispositivo o qual oxida umsubstrato e determina a condutividade.

A figura 1 ilustra um aparelho de purificação elétrica utilizávelpara praticar a invenção, de acordo com uma modalidade. Nesta figura, oaparelho de purificação elétrica 100 inclui um dispositivo de eletrodesioniza-ção 110. Em outras modalidades, os aparelhos de purificação elétrica podemincluir, ao invés de ou em adição ao dispositivo de eletrodesionização ilus-trado, outros dispositivos, tais como os dispositivos de eletrodiálise e/ou dis-positivos de eletrodesionização adicionais, etc. Na figura 1, um líquido a serpurificado 120 que origina de um ponto de entrada 125 entra no dispositivode eletrodesionização 110 através da entrada 128. Dentro do dispositivo deeletrodesionização 110, o- líquido 120 entra em uma série de compartimentos130, 135 através de respectivas entradas 132, 137. Os compartimentos 130,135 estão separados por membranas seletivas de íons 140, 145. Na modali-dade mostrada na figura 1, as membranas seletivas de íons estão dispostasem uma série alternada de "membranas seletivas de cátions" 140 (isto é,membranas que de preferência permitem que os cátions passem atravésdas mesmas, em relação aos ânions) e "membranas seletivas de ânions"145 (isto é, membranas que de preferência permitem que os ânions passematravés das mesmas, em relação aos ânions). É claro, em certos casos, ou-tros tipos e/ou disposições de membranas podem também ser utilizadas, porexemplo, como adicionalmente abaixo descrito. Um campo elétrico pode serimposto aos compartimentos 130, 135 através de eletrodos 150, 155. Emalguns casos, o campo elétrico imposto é controlado conforme desejado, porexemplo, a força do campo elétrico pode ser constante, alterada em respos-ta a uma medição (tal como em resposta a uma medição de sensor, por e-xemplo, pH, resistividade, concentração de um íon ou outra espécie, por e-xemplo, o cálcio ou o sódio), periodicamente invertida, ativada e/ou desati-vada sob demanda, etc.

No exemplo mostrado na figura 1, dentro do dispositivo de ele-trodesionização, 110, o eletrodo 150 pode estar positivamente carregado,enquanto que o eletrodo 155 pode estar negativamente carregado. O campoelétrico criado pelos eletrodos 150, 155 facilita a migração de espécies car-regadas tais como os íons de dentro dos compartimentos de diluição 130através de membranas seletivas de íons 140 para dentro dos compartimen-tos de concentração 135. O líquido concentrado 180 sai dos compartimentosde concentração 135 através das saídas 172, e então sai do dispositivo deeletrodesionização 110 através da saída 182 (opcionalmente prosseguindopara operações adicionais dentro do aparelho de purificação elétrica 100),por exemplo, para um ponto de utilização 190, para ser descartado, etc. Si-milarmente, o líquido purificado 185 sai dos compartimentos de diluição 130através das saídas 177, e então sai do dispositivo de eletrodesionização 110através da saída 187 (opcionalmente prosseguindo para operações adicio-nais dentro do aparelho de purificação elétrica 100), por exemplo, para umponto de utilização 195, etc.

O líquido 120 que entra no aparelho de purificação elétrica 100pode ser qualquer líquido onde a separação do líquido em uma porção "con-centrada" (que contém uma concentração mais alta de espécies dissolvidase/ou suspensa, isto é, íons, orgânicos, etc. em relação ao líquido que entra120) e uma porção "purificada" (isto é, que contém uma concentração maisbaixa de espécies dissolvidas e/ou suspensa, isto é, íons, orgânicos, etc. emrelação ao líquido que entra 120) é desejada. Por exemplo, o líquido 120pode ser um líquido orgânico e/ou uma solução aquosa, tal como uma fontede água menos do que completamente pura, por exemplo água fresca, águasalgada, água de refugo, etc. como outro exemplo, o líquido 120 pode origi-nar de uma operação de unidade que produz um líquido e/ou opera sobreum líquido, tal como, mas não limitado a, operações de unidade para ultrafil-tragem, nanofiltragem, sedimentação, destilação, umidificação, osmose in-versa, diálise, extração, reações químicas (por exemplo, onde um líquido égerado) troca de calor e/ou massa, ou similares. Em certas modalidades, olíquido pode originar de um reservatório, tal como um recipiente de armaze-namento, um tanque ou um açude de contenção, etc, no caso de água, deum corpo de água natural ou artificial, tal como um lago, um rio, um açude,um canal, um oceano, etc. Entre o ponto de entrada 125 e o dispositivo deeletrodesionização 110 pode existir nenhuma, como em certas modalidadesadicionalmente abaixo descritas, ou qualquer número de operações adicio-nais ou redes de distribuição que podem operar sobre o líquido. Por exem-plo, em certas modalidades, uma osmose inversa, uma filtragem tal comomicrofiltragem ou nanofiltragem, uma sedimentação, um filtro de carbonoativado, um dispositivo de eletrodiálise ou um dispositivo de eletrodesioniza-ção, um reservatório, etc. podem estar incluídos. Em alguns casos, o líquidopode ser suprido para o dispositivo de eletrodesionização de uma fonte ex-terna; por exemplo, a fonte de líquido pode ser colocada em comunicação defluido com o dispositivo de eletrodesionização e/ou com o meio contido nodispositivo de eletrodesionização.

Os pontos de-utilização 190 e/ou 195 cada um pode ser umalocalização onde um líquido sai do aparelho de purificação elétrica. Em al-guns casos, um ponto de utilização é qualquer localização na qual um líqui-do é desejado. Por exemplo, um ponto de utilização pode ser uma torneira,um reservatório, um esgoto, um trocador de calor, ou uma operação de uni-dade na qual um líquido é necessário, tal como pode ser encontrado em umsistema de resfriamento, um sistema de refrigeração, uma instalação de fa-bricação, uma instalação química ou similares. O líquido do ponto de utiliza-ção pode também ser utilizado em equipamentos que são capazes de purifi-car e/ou armazenar o líquido, por exemplo, em garrafas ou um tanque. Oponto de utilização pode também ser uma cidade, ou um prédio tal comouma casa ou um complexo de apartamentos, ou o ponto de utilização podeser uma descarga para o ambiente natural. Entre as saídas do dispositivo deeletrodesionização e um ponto de utilização pode existir nenhuma ou qual-quer número de operações de unidade e/ou componentes de armazenamen-to / distribuição, por exemplo, as operações de filtragem tais como ultrafiltra-gem ou nanofiltragem, as operações de osmose inversa, a sedimentação,um dispositivo de eletrodiálise ou de eletrodesionização, um reservatório, esimilares.

Na figura 1, os compartimentos 130, 135 em um dispositivo deeletrodesionização 110 cada um pode ter qualquer número adequado deentradas e saídas e qualquer configuração adequada capaz de permitir queum líquido flua através dos mesmos. As membranas seletivas de íons 140,145 podem ser selecionadas para permitir que uma espécie carregada, talcomo um íon, que tem uma carga atravesse mas restringir ou inibir (parcial-mente ou totalmente) a passagem de uma espécie carregada, tal como umíon, que carrega uma carga oposta através das mesmas. Por exemplo, amembrana seletiva de íons pode permitir a passagem através da mesma deíons tais como Na+, HC03", ou Cl". Em alguns casos, a membrana pode tam-bém impedir a passagem de orgânicos através da mesma. Como aqui utiliza,um "íon" é qualquer espécie que tem uma carga elétrica, por exemplo, umaespécie atômica (por exemplo, Na+, K+, Cl", F", Ca2+, Mg2+, etc.) uma espéciemolecular (por exemplo, HC03", C032", S042", etc), um composto orgânicoionizado, ou similares. Os íons são usualmente pelo menos parcialmentesolúveis em uma solução aquosa.

Em um conjunto de modalidades, o dispositivo de eletrodesioni-zação pode incluir uma ou mais membranas, por exemplo, mas não limitadoa, membranas seletivas de íons, membranas neutras, membranas de exclu-são de tamanho, uma membrana que é especificamente impermeável a umou mais íons específicos ou outras espécies, etc. Em alguns casos, uma sé-rie alternada de membranas seletivas de cátions e de ânions é utilizada den-tro do dispositivo de eletrodesionização. As membranas seletivas de íonspodem ser qualquer membrana adequada que possa de preferência permitirque pelo menos um íon atravesse, em relação a outro íons. Aqueles versa-dos na técnica serão capazes de identificar as membranas seletivas de íonsadequadas, uma ampla variedade das quais são comercialmente disponí-veis.

Em certas modalidades, um ou mais compartimentos 130, 135estão cheios com um meio tal como um meio de adsorção, por exemplo, ummeio de troca de íons. O meio de troca de íons, em algumas modalidades,pode incluir resinas tais como as resinas de troca de íons conhecidas, porexemplo, uma resina de cátions (isto é, uma resina que de preferência ad-sorve os cátions), uma resina de ânions (isto é, uma resina que de preferên-cia adsorve os ânions), uma resina inerte, suas misturas, ou similares. Emalguns casos um ou mais compartimentos podem estar cheios com somenteum tipo de resina (por exemplo, uma resina de cátions ou uma resina de â-nions); em outros casos, os compartimentos podem estar cheios com maisdo que um tipo de resina (por exemplo, dois tipos de resinas de cátions, doistipos de resinas de ânions, uma resina de cátions e uma resina de ânions,etc). Os exemplos de meios de adsorção incluem uma resina de gel acrílica,tal como a resina de cátions SF-120 e a resina de ânions IRA-458 (ambas daRohm and Haas, Filadélfia, Pensilvânia). O meio contido nos compartimen-tos pode estar presente em qualquer forma ou configuração adequada, porexemplo, como partículas discretas substancialmente esféricas e/ou de outromodo formadas, pós, Jibras, mantas, membranas, telas extrudadas, aglome-rados, e/ou agregados preformados de partículas (por exemplo, as partículasde resina podem ser misturadas com um agente aglutinante para formar osaglomerados de partículas), etc. Em alguns casos, o meio pode incluir múlti-plas formas ou configurações, por exemplo, partículas e membranas. O meiopode compreender qualquer material adequado para adsorver os íons, osorgânicos, e/ou outras espécies de um líquido, dependendo da aplicaçãoespecífica, por exemplo, sílica, um zeólito, e/ou qualquer outro ou uma mis-tura de uma ampla variedade de meios de troca de íons poliméricos que sãocomercialmente disponíveis e cujas propriedades e adequabilidade para aaplicação específica são bem conhecidas daqueles versados na técnica.Outros materiais e/ou meios podem adicionalmente estar presentes dentrodos compartimentos, por exemplo, que sejam capazes de catalisar as rea-ções, filtrar os sólidos suspensos no líquido que está sendo tratado, ou simi-lares.

Será também compreendido por aqueles versados na técnicaque uma variedade de configurações pode existir dentro dos compartimentos130, 135. Por exemplo, um compartimento pode conter componentes e/ouestruturas adicionais além daqueles ilustrados, tais como, por exemplo, de-fletores, peneiras, placas, nervuras, tiras, telas, tubos, partículas de carbono,filtros de carbono, e similares, os quais podem ser utilizados, por exemplo,para conter o meio de troca de íons, controlar o fluxo de líquido, e similares.Os componentes podem cada um conter o mesmo tipo e/ou número dos vá-rios componentes e/ou da mesma configuração ou podem ter diferentescomponentes e/ou estruturas / configurações.

O meio, em certas modalidades da invenção, é selecionado demodo que este possa adsorver uma ou mais espécies-alvo da solução, Ca2+,Mg2+, HCO3", como anteriormente descrito. Em alguns casos, o meio podeser selecionado para adsorver de preferência uma ou mais espécies-alvo dasolução, em relação a outros, íons não-precipitáveis ou não-alvo. Por exem-plo, o meio pode ser selecionado para adsorver de preferência os íons deCa2+, em relação aos íons de Na+. Como outro exemplo, o meio pode serselecionado para remover de preferência os íons de HCO3" da solução, emrelação aos íons de Cl". Em algumas modalidades, o meio pode ser escolhi-do de modo que o meio seja capaz de adsorver de preferência pelo menosaproximadamente três vezes tantas espécies-alvo da solução, em relação auma espécie não-alvo (base molar), e em alguns casos pelo menos aproxi-madamente quatro vezes, pelo menos aproximadamente cinco vezes, oupelo menos aproximadamente seis vezes, em relação a uma espécie não-alvo. Em alguns casos, um líquidos de alimentação pode ser purificado doaparelho de purificação elétrica para produzir um fluxo de líquido purificadoque tem menos do que aproximadamente 50 ppm, menos do que aproxima-damente 30 ppm, menos do que aproximadamente 10 ppm, menos do queaproximadamente 5 ppm, menos do que aproximadamente 3 ppm, menos doque aproximadamente 1 ppm, ou menos do que aproximadamente 500 ppbde uma ou mais espécies-alvo. Em alguns casos, a concentração total deespécies-alvo no líquido purificado pode ser menor do que aproximadamente50 ppm, menor do que aproximadamente 30 ppm, menor do que aproxima-damente 10 ppm, menor do que aproximadamente 5 ppm, menor do queaproximadamente 3 ppm, menor do que aproximadamente 1 ppm, ou menordo que aproximadamente 500 ppb.

Nestas ou em outras modalidades, um líquido de alimentaçãopode ser purificado de modo que pelo menos aproximadamente 50%, pelomenos aproximadamente 60%, pelo menos aproximadamente 70%, pelomenos aproximadamente 75%, pelo menos aproximadamente 80%, pelomenos aproximadamente 85%, pelo menos aproximadamente 90%, pelomenos aproximadamente 95%, pelo menos aproximadamente 97%, ou pelomenos aproximadamente 99% ou mais de uma ou mais espécies-alvo (porexemplo, um íon de dureza) é removido do líquido de alimentação. Em al-guns casos, pelo menos aproximadamente 50%, pelo menos aproximada-mente 60%, pelo menos aproximadamente 70%, pelo menos aproximada-mente 75%, pelo menos aproximadamente 80%, pelo menos aproximada-mente 85%, pelo menos aproximadamente 90%, pelo menos aproximada-mente 95%, pelo menos aproximadamente 97%, ou pelo menos aproxima-damente 99%, ou mais-de todas as espécies-alvo podem ser removidas dolíquido de alimentação. Em certos casos um_ líquido de alimentação pode serpurificado para produzir um fluxo de água purificada que tenha uma resistivi-dade elétrica maior do que aproximadamente 0,1 megohm cm, maior do queaproximadamente 1 megohm cm, maior do que aproximadamente 3 me-gohm cm, maior do que aproximadamente 6 megohm cm, maior do que a-proximadamente 9 megohm cm, maior do que aproximadamente 12 me-gohm cm, maior do que aproximadamente 15 megohm cm ou pelo menosaproximadamente 18 megohm cm.

Em algumas modalidades da invenção, o meio pode remover depreferência certas espécies-alvo da solução, em relação a outras espécies-alvo ou outras espécies de matriz, tais como os íons não-precipitáveis. As-sim, o meio pode ser capaz de remover uma primeira quantidade fracionadade um primeiro íon (ou outra espécie) e uma segunda quantidade fracionadade um segundo íon (ou outra espécie) de um líquido a ser purificado, onde aprimeira quantidade fracionada e a segunda quantidade fracionada são dife-rentes. Por exemplo, o meio pode remover de preferência aproximadamente50%, aproximadamente 60%, aproximadamente 70%, aproximadamente80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente95%, aproximadamente 97%, aproximadamente 98%, aproximadamente99%, ou aproximadamente 100% de uma espécie-alvo específica da solu-ção, enquanto removendo somente aproximadamente 30% ou menos, apro-ximadamente 40% ou menos, aproximadamente 50% ou menos, aproxima-damente 60% ou menos, aproximadamente 70% ou menos, aproximada-mente 80% ou menos, aproximadamente 90% ou menos, aproximadamente95% ou menos, ou aproximadamente 99% ou menos da outra espécie dasolução. Em outras palavras, desde que o meio seja capaz de remover umamaior percentagem da espécie-alvo da solução, se comparada com a per-centagem da outra espécie removida da solução, uma remoção preferencialda espécie-alvo ocorre. Assim, por exemplo, um meio pode ser capaz deremover de preferência uma espécie-alvo pefa remoção de 90% de uma es-pécie-alvo e 80% de uma espécie não-alvo, tal como um íon não-precipitável, da solução. Como outro exemplo, um meio pode de preferênciaadsorver os íons de dureza tais como os íons de cálcio, os íons de magné-sio, etc. da solução, em relação a espécies não-alvo, tais como os íons não-precipitáveis, por exemplo, tais como os íons de sódio ou os íons de potás-sio.

Em certas modalidades, um meio de adsorção pode ser utilizadoque é selecionado para ser capaz de remover certas espécies orgânicas al-vo da solução. Por exemplo, em alguns casos, um líquido de alimentaçãoque inclui tais espécies orgânicas alvo pode ser purificado dentro de um apa-relho de purificação elétrica de uma modalidade da presente invenção paraproduzir um fluxo de líquido purificado que tenha menos do que aproxima-damente 1 ppm, menos do que aproximadamente 500 ppb, menos do queaproximadamente 100 ppb, menos do que aproximadamente 50 ppb, menosdo que aproximadamente 10 ppb, menos do que aproximadamente 5 ppb,ou menos do que aproximadamente 1 ppb de pelo menos um composto or-gânico (ou TOC) na solução. Em outras modalidades, um líquido de alimen-tação que inclui tal espécie orgânica alvo pode ser purificado de modo quepelo menos aproximadamente 50%, pelo menos aproximadamente 60%,pelo menos aproximadamente 70%, pelo menos aproximadamente 75%,pelo menos aproximadamente 80%, pelo menos aproximadamente 85%,pelo menos aproximadamente 90%, pelo menos aproximadamente 95%,pelo menos aproximadamente 97%, 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99%, ou maisde pelo menos um composto orgânico (ou do TOC) na solução é removidodo líquido de alimentação. O líquido de alimentação que inclui tal espécieorgânica alvo pode ter, por exemplo, pelo menos aproximadamente 1 ppm,pelo menos aproximadamente 3 ppm, ou pelo menos aproximadamente 10ppm ou mais de pelo menos um composto orgânico (ou TOC) na solução.

Em um conjunto de modalidades, durante a operação, um cam-po elétrico é aplicado nos compartimentos de diluição e de concentração doseletrodos 150, 155, criando um gradiente de potencial que facilita a migraçãode íons dos compartimentos de diluição na direção dos compartimentos deconcentração. O campo elétrico pode ser aplicado essencialmente perpendi-cular ao fluxo de líquido, dentro do dispositivo de eletrodesionização. O cam-po elétrico pode ser substancialmente uniformemente aplicado através doscompartimentos de diluição e de concentração, resultando em um campoelétrico essencialmente uniforme, substancialmente constante através doscompartimentos; ou em alguns casos, o campo elétrico pode ser aplicadonão uniformemente, resultando em uma densidade de campo elétrico nãouniforme através dos compartimentos. Em algumas modalidades da inven-ção, a polaridade dos eletrodos pode ser invertida durante a operação, inver-tendo a direção do campo elétrico dentro do dispositivo, por exemplo, comodescrito por Gallagher, et al., na Patente U.S. Número 5.558.753, ou por Gi-uffrida, et al., na Patente U.S. Número 4.956.071, depositada em 11 de Se-tembro de 1990, intitulada "Electrodeionization Apparatus and Module", porGiuffrida, et al., ambas as quais estão aqui incorporadas por referência. Asinversões de polaridade podem ser úteis, por exemplo, para facilitar a rege-neração do meio dentro do dispositivo de eletrodesionização enquanto si-multaneamente efetuando a purificação de líquido, como adicionalmente a-baixo descrito. Os eletrodos 150, 155 podem cada um independentementeser fabricados de qualquer material adequado para criar um campo elétricodentro do dispositivo. Em alguns casos, o material de eletrodo pode ser es-colhido de modo que os eletrodos possam ser utilizados, por exemplo, porperíodos de tempo prolongados sem uma corrosão ou degradação significa-tiva. Os materiais e as configurações de eletrodos adequados são bem co-nhecidos na técnica.

O aparelho de purificação elétrica 100 pode também ter incluí-dos configurações e/ou componentes adicionais, tais como eletrodos adicio-nais, configurações de tubulação, operações de unidade, bombas, reservató-rios, válvulas, agitadores, tanques de compensação, sensores, elementos decontrole, etc. cuja função, utilidade, e colocação ficariam aparentes para a-queles versados na técnica. Em alguns casos, o dispositivo de eletrodesioni-zação 110 dentro do aparelho de purificação elétrica 100 pode ter outrasgeometrias internas do que ilustrado, por exemplo, tendo compartimentoscilíndricos, retangulares, ou espirais. Diferentes configurações de entradae/ou-saída podem também ser utilizadas em certos casos dentro do aparelhode purificação elétrica 100 e/ou do dispositivo de eletrodesionização 110.Deve portanto ser compreendido que os sistemas e métodos da presenteinvenção podem ser utilizados em conexão com uma ampla variedade desistemas onde a purificação de um ou mais líquidos pode ser desejada; as-sim, o aparelho de purificação elétrica pode ser modificado por aqueles ver-sados na técnica conforme necessário para um processo específico, semafastar-se do escopo da invenção.

Em certas modalidades da invenção, o aparelho de purificaçãoelétrica permite a remoção de uma quantidade significativa de orgânicos dis-solvidos e/ou suspensos da água ou de outros líquidos. Por exemplo, o apa-relho de purificação elétrica pode incluir um dispositivo de eletrodesionizaçãoque contém um meio capaz de absorver um ou mais orgânicos (os quaispodem ser carregados ou descarregados), assim removendo pelo menosalguns dos orgânicos do líquido a ser purificado. Em alguns casos, o disposi-tivo de eletrodesionização pode ser capaz de remover os orgânicos do líqui-do a ser purificado sem a ocorrência de resíduos substanciais dentro do dis-positivo de eletrodesionização. Como aqui utilizado, "resíduos substanciais"refere-se a condições nas quais a formação de depósitos de resíduos cria-dos pelo material orgânico afeta adversamente o funcionamento e o desem-penho apropriados do aparelho de purificação elétrica. Exemplos de meiosadequados incluem, além daqueles acima descritos, as partículas de carbo-no, os filtros de carbono, as resinas de troca de íons macroporosas, as resi-nas baseadas em acrílico, etc. Em certas modalidades, um campo elétricoaplicado pode facilitar o transporte de uma espécie orgânica carregada deum compartimento de diluição para dentro de um compartimento de concen-tração, por exemplo, através de uma membrana seletiva de íons, como ante-riormente descrito.

O meio utilizado dentro de um dispositivo de eletrodesionizaçãode certas modalidades da invenção, é regenerado pela exposição do meio auma solução de regeneração, por exemplo uma solução de purificação quecontém pelo menos uma espécie regeneradora, enquanto que dentro do dis-positivo, por exemplo.uma ou mais de uma solução ácida (por exemplo, pa-ra regenerar as resinas catiônicas), uma solução cáustica (por exemplo, pararegenerar as resinas aniônicas), ou uma solução de sal concentrada (porexemplo, para regenerar as resinas catiônicas e/ou aniônicas). Por exemplo,o meio pode ser regenerado pela exposição do meio a um líquido, tal comoum purificador ou uma solução de regeneração, de composição adequada econcentração suficiente para ser capaz de dessorver uma fração substancialde uma espécie-alvo adsorvida no meio. Como aqui utilizado, um meio é"substancialmente regenerado" quando uma "fração substancial" de umaespécie-alvo adsorvida é removida. A "fração substancial" da espécie-alvoadsorvida removida do meio, como aqui utilizado, refere-se a pelo menosaproximadamente 50% de uma espécie-alvo adsorvida sobre a resina sendoremovida durante a regeneração, e em alguns casos, pelo menos aproxima-damente 70%, ou pelo menos aproximadamente 90% ou mais de uma espé-cie-alvo adsorvida sobre a resina é removida durante a regeneração. Emalguns casos, substancialmente toda a espécie-alvo adsorvida sobre a resi-na é removida durante a regeneração. Em alguns casos, a polaridade dodispositivo de eletrodesionização pode ser invertida para facilitar a regenera-ção do meio (por exemplo, como aqui adicionalmente descrito), e/ou reduzirou eliminar a incrustação e/ou os resíduos dentro do dispositivo de eletrode-sionização. Um controlador pode também ser utilizado em alguns casos, pa-ra facilitar a regeneração do meio dentro do dispositivo de eletrodesioniza-ção, como abaixo mais completamente descrito.

Para muitos tipos de meios de adsorção e de espécies adsorvi-das, por exemplo certos meios de adsorção de troca de íons e certas espé-cies-alvo iônicas, que operam um dispositivo de eletrodesionização que con-tém tal meio para o propósito de remover tais espécies de um líquido de ali-mentação, ao longo do tempo, resulta na resistividade elétrica do meio au-mentando conforme o meio torna-se mais saturado com as espécies-alvo,por exemplo, tais como os cátions bivalentes como Ca2+ e Mg2+. Em algu-mas modalidade, o meio de adsorção (o qual pode ser totalmente saturadoou parcialmente saturado com a espécie adsorvida) pode ser regeneradopara_reduzir a sua resistividade elétrica. Por exemplo, um meio de adsorçãoque tem uma primeira resistividade elétrica pode ser regenerado de modoque a resistividade elétrica do meio de adsorção após a regeneração sejamenor do que a primeira resistividade elétrica, por exemplo aproximadamen-te 5% menor, aproximadamente 10% menor, aproximadamente 15% menor,aproximadamente 20% menor, aproximadamente 25% menor, aproximada-mente 35% menor, aproximadamente 50% menor, aproximadamente 75%menor, aproximadamente 90% menor, etc. do que a primeira resistividadeelétrica.

Pela redução da resistividade elétrica do meio de adsorção porregeneração, pode ser possível operar o dispositivo de eletrodesionizaçãopara obter um grau desejado de remoção de espécie-alvo e de pureza delíquido de produto com um potencial elétrico aplicado mais baixo do que étipicamente atingível para obter um desempenho comparável para os dispo-sitivos de eletrodesionização convencionais. Por exemplo, em certas moda-lidades onde um dispositivo de eletrodesionização da invenção compreendecompartimentos de diluição e de concentração separados uns dos outros pormembranas seletivas de cátions, o dispositivo pode ser operado com umpotencial elétrico aplicado que pode ser mantido em um nível suficiente parafacilitar o transporte de uma quantidade substancial de Na+ de um comparti-mento de diluição para um compartimento de concentração, enquanto sendoinsuficiente para facilitar o transporte de uma quantidade substancial de Ca2+de um compartimento de diluição para um compartimento de concentração.

A solução de purificação ou de regeneração pode ter uma com-posição selecionada para facilitar a dessorção e/ou a troca de espécies-alvotais como íons, orgânicos, etc. do meio de adsorção (isto é, "regenerando" omeio). Como aqui utilizado, a uma solução "ácida" é dada o seu significadocomum, por exemplo, uma solução que tem um pH menor do que 7. Em al-guns casos, a solução ácida pode ser uma solução ácida forte, isto é, quetem um pH menor do que aproximadamente 3, menor do que aproximada-mente 2, ou menor do que aproximadamente 1. Exemplos de concentraçõespotencialmente adequadas para as soluções ácidas incluem aproximada-mente 4% em peso, aproximadamente 5% em peso, .aproximadamente 7%em peso ou aproximadamente 10% em peso de uma solução ácida e exem-plos de ácidos fortes incluem o HNO3, H2SO4, HCI, etc. Similarmente, comoaqui utilizado, a uma solução "básica" ou "cáustica" é dada o seu significadocomum, por exemplo, uma solução que tem um pH maior do que 7. Em al-guns casos, a solução cáustica pode ser uma solução cáustica forte, isto é,que tem um pH maior do que aproximadamente 12, maior do que aproxima-damente 13, ou maior do que aproximadamente 14. Exemplos de soluçõescáusticas incluem aproximadamente 4% em peso, aproximadamente 5% empeso, aproximadamente 7% em peso ou aproximadamente 10% em peso deuma base em solução e exemplos de bases fortes incluem o NaOH ou KOH.

Uma "solução de sal concentrada", como aqui utilizado, é umasolução que contém um sal em uma concentração pelo menos suficientepara regenerar significativamente o meio após aproximadamente 30 minu-tos, isto é, reduzindo a espécie adsorvida sobre o meio por pelo menos a-proximadamente 20%, e em alguns casos, por pelo menos aproximadamen-te 50%, por pelo menos aproximadamente 75%, por pelo menos aproxima-damente 80%, por pelo menos aproximadamente 85%, ou por pelo menosaproximadamente 90% após aproximadamente 30 minutos. A dessorção daadsorção e/ou troca da espécie adsorvida por outra espécie pode ocorrer napresença da solução de purificação ou de regeneração, por exemplo, devidoa uma mudança na cinética de adsorção - dessorção da espécie adsorvida edo meio, a aglutinação preferencial do meio para uma espécie regeneradoratal como um sal ou íon na solução de regeneração, em relação à espécieadsorvida nas condições de concentração prevalecentes, etc. dentro do dis-positivo (isto é, as condições que fazem com que a troca ocorra), etc. Emalguns casos, pelo menos parte da dessorção da espécie adsorvida da resi-na de adsorção pode ocorrer através de causar mudanças mecânicas naresina. Por exemplo, a resina pode ser exposta a uma solução de regenera-ção, tal como uma solução de ácido, uma solução de sal, ou uma soluçãocáustica, onde a solução é selecionada para causar uma contração ou umaexpansão da resina, o que pode mecanicamente desalojar certas espéciesaprisionadas e/ou adsorvidas da resina. Por exemplo, a exposição de umaresina a uma solução de sal concentrada pode contrair os poros dentro daresina, o que pode por meio disto fazer com que os orgânicos adsorvidose/ou contidos dentro destes poros sejam desalojados.

Os exemplos não limitantes de sais potencialmente adequados,dependendo do meio selecionado, para facilitar a regeneração do meio deadsorção incluem os sais que contém um ou mais de Na+, K+, Cl", Br", I", etc.Como um exemplo, uma espécie tal como Ca2+ ou um orgânico, adsorvidosobre o meio de adsorção, pode ser quimicamente e/ou fisicamente dessor-vido ou trocado em íons com Na+ou K+ de uma solução de sal concentrada.Em alguns casos, a solução de sal concentrada utilizada para regenerar omeio pode incluir haletos de álcali metálico tais como o cloreto de sódio, ocloreto de potássio, o fluoreto de sódio, o fluoreto de potássio, o brometo desódio, o brometo de potássio, assim como as suas misturas (por exemplo,uma solução de cloreto de sódio e de cloreto de potássio, etc.)- Em algunscasos, a concentração de sal pode ser de pelo menos aproximadamente 4%em peso, pelo menos aproximadamente 5% em peso, pelo menos aproxi-madamente 7% em peso, pelo menos aproximadamente 10% em peso, pelomenos aproximadamente 12% em peso, pelo menos aproximadamente 15%em peso, ou mais em alguns casos.

Os exemplos não limitantes de ácidos potencialmente adequa-dos para facilitar a regeneração do meio incluem os ácidos fortes, tais comoos ácidos minerais e misturas que compreendem os ácidos minerais, porexemplo, o ácido sulfúrico, o ácido clorídrico, o ácido nítrico, ou suas mistu-ras. Similarmente, os exemplos não limitantes de bases potencialmente a-dequadas para facilitar a regeneração do meio incluem as bases fortes esuas misturas, por exemplo, o hidróxido de sódio ou o hidróxido de potássio.

Em certas modalidades da invenção, o meio pode, vantajosa-mente, ser regenerado dentro de um dispositivo de eletrodesionização, porexemplo, entre os ciclos de purificação e/ou durante uma operação contínuaou semi-contínua do dispositivo. Em algumas modalidades, o meio é regene-rado enquanto o aparelho de purificação elétrica continua a produzir um lí-quido de produto purificado, por exemplo, como abaixo adicionalmente dis-cutido. O meio pode ser regenerado em qualquer momento durante a utiliza-ção do meio, por exemplo, quando o meio está totalmente consumido (porexemplo, atinge um equilíbrio em relação a uma espécie-alvo) ou quandoeste está somente parcialmente saturado (por exemplo, o meio não atingiu oequilíbrio). O meio está totalmente consumido quando o meio está totalmen-te saturado com pelo menos uma espécie adsorvida tal como uma espécieorgânica alvo, uma espécie iônica alvo, etc, isto é, o meio não é mais capazde adsorver, da solução, mais nenhuma espécie orgânica alvo, espécie iôni-ca alvo, etc. Como aqui utilizado, a quantidade máxima de uma espécie es-pecífica que um meio é capaz de adsorver é referida como a "capacidade deadsorção máxima" do meio daquela espécie específica. Como aqui utilizado,"capacidade de adsorção" ou "capacidade de adsorção máxima" refere-se àquantidade máxima de uma espécie específica que o meio é capaz de ad-sorver quando exposto à mistura de espécies específica à qual o meio acon-tece ser exposto sob uma condição de utilização específica, a qual dependedos equilíbrios entre todas as espécies na solução específica à qual o meioé exposto. Isto deve estar em contraste com a "capacidade nominal" do meiopara a espécie específica como seria medida sob condições onde o meio éexposto a uma solução pura da espécie (isto é a espécie é o único agentena solução sendo capaz de adsorver o meio). Assim, somente para as con-dições de operação em que o meio é exposto a uma solução pura de umaespécie específica a "capacidade de adsorção" do meio para aquela espécieserá a mesma que a sua "capacidade de adsorção nominal" para aquelaespécie.

Em certas modalidades, como acima mencionado, o meio podetambém ser regenerado em alguns casos quando o meio está somente par-cialmente consumido (isto é, não ainda totalmente consumido). Assim, comoum exemplo não limitante, o meio pode ser regenerado quando a capacida-de do meio adsorver uma espécie-alvo começou a diminuir, mas onde omeio ainda não atingiu a sua capacidade de adsorção máxima para aquelaespécie-alvo específica (isto é, o meio não atingiu o equilíbrio). Em algunscasos, o meio pode ser regenerado quando o meio adsorveu o máximo a-proximadamente 10% da capacidade de adsorção máxima para uma oumais espécies-alvo, e em alguns casos, quando o meio adsorveu no máximoaproximadamente 20%, no máximo aproximadamente 30%, no máximo a-proximadamente 50%, no máximo aproximadamente 75%, no máximo apro-ximadamente 80%, no máximo aproximadamente 90%, no máximo aproxi-madamente 95%, no máximo aproximadamente 97%, no máximo aproxima-damente 98%, ou no máximo aproximadamente 99% da capacidade de ad-sorção máxima do meio de uma ou mais espécies adsorvidas. Em uma mo-dalidade, o meio é regenerado em intervalos de modo que o equilíbrio com aespécie-alvo não é nunca alcançado durante o uso prolongado do meio.

Em algumas modalidades, o meio pode ser regenerado quandoa resistividade elétrica do meio atingiu um certo valor (o que, em alguns ca-sos, pode indicar que uma certa quantidade de espécies iônicas foram ad-sorvidas por sobre o meio, por exemplo Ca2+ e Mg2+), e/ou mudou por umacerta quantidade. A resistividade elétrica do meio pode ser determinada, porexemplo, utilizando um sensor de resistividade elétrica. Como um exemplonão limitante, o meio pode ter uma primeira resistividade elétrica indicativado meio estando substancialmente livre de espécies adsorvidas, e o meiopode ser regenerado quando a resistividade elétrica do meio muda por pelomenos uma certa percentagem da primeira resistividade elétrica, por exem-plo, a resistividade elétrica pode ter mudado por pelo menos aproximada-mente 10%, pelo menos aproximadamente 25%, pelo menos aproximada-mente 50%, pelo menos aproximadamente 75%, ou pelo menos aproxima-damente 100% da primeira resistividade elétrica.

Em outras modalidades, o meio pode ser regenerado quando aconcentração de uma espécie dentro de uma entrada e/ou uma saída dodispositivo de eletrodesionização (por exemplo, dentro do fluxo diluído e/oudo fluxo concentrado) atingiu uma certa concentração. Por exemplo, o apa-relho de purificação elétrica pode incluir um ou mais sensores capazes dedetectar o sódio, o cálcio, etc, e tais sensores podem estar posicionados emcomunicação fluídica com uma entrada e/ou uma saída do dispositivo deeletrodesionização. Em alguns casos, qualquer um dos sensores acima des-critos (e/ou outros sensores dentro do aparelho de purificação elétrica) podeestar em comunicação de detecção com um ou mais monitores ou controla-dores, os quais podem ser utilizados, por exemplo, para determinar e/oucontrolar a regeneração do meio, para controlar a concentração de um oumais íons dentro do aparelho de purificação elétrica (por exemplo, dentro deum fluxo de entrada e/ou um fluxo de saída do dispositivo de eletrodesioni-zação), ou similares. Por exemplo, em resposta a uma medição de sensor(por exemplo, uma concentração de íons de cálcio), o controlador pode inici-ar a regeneração da resina, adicionar um fluido em um fluxo de entrada oude saída do dispositivo de eletrodesionização para manter a concentraçãode uma espécie abaixo de um certo valor (por exemplo, Ca2+, Mg2+, Na2+,etc), ou similares.

Em algumas modalidades, o meio pode ser regenerado dentrodo dispositivo de tal modo a impedir uma incrustação substancial e/ou resí-duos substanciais dentro do dispositivo, por exemplo, durante a dessorçãode espécies-alvo adsorvidas sobre o meio. Por exemplo, certas parelhas deíons tais como Ca2+e HC03", Mg2+ e HC03", certos íons e orgânicos, etc. po-dem causar incrustações e/ou resíduos dentro de um dispositivo de eletro-desionização. Assim, em uma modalidade, o meio pode ser tratado, utilizan-do certas soluções de regeneração como acima descrito, em um modo adessorver substancialmente uma primeira espécie de, por exemplo tal par deíons, do meio sem dessorver substancialmente uma segunda espécie de,por exemplo tal par de íons, isto é, de modo que uma fração substancial daprimeira espécie dessorva do meio enquanto que a segunda espécie perma-nece substancialmente adsorvida sobre o meio. Isto é, o meio pode ser tra-tado de modo que a segunda espécie permaneça substancialmente adsorvi-da no meio enquanto que a primeira espécie é dessorvida do meio, de modoque qualquer quantidade da segunda espécie que não dessorva concorren-temente com a primeira espécie está geralmente em níveis que não são ca-pazes de causar uma incrustação substancial e/ou resíduos substanciaisdentro do dispositivo, por exemplo quando da precipitação ou outra interaçãoentrea-primeira e a segunda espécies.

Opcionalmente, em modalidades onde o meio é regenerado paraimpedir uma incrustação e/ou resíduos substanciais dentro do dispositivo depurificação elétrica, como acima descrito, a segunda espécie pode então serdessorvida do meio após a primeira espécie ter sido substancialmente des-sorvida e removida do dispositivo, isto é, de modo que qualquer da primeiraespécie que concorrentemente dessorva com a segunda espécie é insufici-ente para causar uma incrustação e/ou resíduos substanciais dentro do dis-positivo de purificação elétrica. Por exemplo, a primeira espécie pode sersubstancialmente dessorvida do meio quando da exposição do meio a umaprimeira solução de regeneração que é capaz de dessorver a primeira espé-cie mas não uma quantidade substancial da segunda espécie do meio; en-tão, a segunda espécie pode ser substancialmente dessorvida do meioquando da exposição do meio a uma segunda solução de regeneração. Aprimeira e a segunda soluções de regeneração podem compreender o mes-mo ou diferentes solutos (por exemplo, sais, ácidos, cáusticos, etc), e emalguns casos, a segunda solução pode ter uma concentração ou atividademais alta do que a primeira solução. O meio pode ser regenerado, em al-guns casos, enquanto o aparelho de purificação elétrica está sendo utilizadopara produzir um líquido purificado.

Como um exemplo específico, em um dispositivo que contém ummeio no qual íons de bicarbonato (HC03) e de cálcio (Ca2+) foram adsorvi-dos, os íons de bicarbonatos podem primeiramente ser dessorvidos do meio, seguido pela dessorção dos íons de cálcio. O meio pode ser qualquer meiode troca de íons que adsorveu os íons de bicarbonato e de cálcio, por exem-plo, um meio catiônico, um meio aniônico, combinações destes, etc. Em al-guns casos, o meio pode ter uma afinidade mais alta para um íon específicoque é desejado ser dessorvido, por exemplo, cálcio, magnésio, boro, ferro,etc. Como um exemplo específico, os íons de bicarbonato podem ser des-sorvidos do meio expondo o meio a uma primeira solução de sal que contémNaCI dissolvido em uma concentração suficiente para fazer com que a des-sorção do bicarbonato ocorra do meio, mas insuficiente para fazer com quea dessorção do cálcio ocorra do meio de troca de íons; por exemplo, a solu-ção de sal pode ser uma solução que compreende o NaCI em uma concen-tração abaixo de aproximadamente 2% em peso, aproximadamente 3% empeso, ou aproximadamente 4% em peso de NaCI. Os íons de cálcio, opcio-nalmente, podem posteriormente ser dessorvidos do meio pela exposição domeio a uma segunda solução de sal que contém NaCI dissolvido em umaconcentração relativamente mais alta, a qual é suficiente para fazer com quea dessorção do cálcio ocorra do meio de troca de íons (uma concentraçãotipicamente mais alta do que aquela da primeira solução de sal); por exem-plo, a concentração da segunda solução de sal pode ser de pelo menos a-proximadamente 4% em peso, pelo menos aproximadamente 5% em peso,pelo menos aproximadamente 7% em peso, pelo menos aproximadamente9% em peso, ou pelo menos aproximadamente 10% em peso ou mais deNaCI. Como exemplos adicionais, o meio pode primeiro ser exposto a umasolução ácida, seguida por uma solução de sal; uma solução cáustica, se-guida por uma solução ácida; uma solução de sal, seguida por uma soluçãocáustica.

A resina pode ser regenerada dentro do dispositivo de eletrode-sionização por qualquer técnica adequada. Em um conjunto de modalidades,a resina pode ser regenerada dentro do dispositivo de eletrodesionizaçãopela exposição da resina a uma solução de regeneração, por exemplo, comoanteriormente descrito. Por exemplo, o dispositivo de eletrodesionização po-de ser operado em um modo de lote ou um semi-lote, onde toda ou umaporção da resina é periodicamente exposta a uma solução de regeneração.Em alguns casos como abaixo adicionalmente descrito, por exemplo, duran-te uma operação de semi-lote, outras porções do dispositivo de eletrodesio-nização (por exemplo, outros compartimentos) podem ainda ser utilizadaspara produzir um líquido purificado enquanto o meio está sendo regenerado.Dependendo do modo de operação e da aplicação específica, as resinasdentro dos compartimentos de diluído, de concentração, ou ambos podemser regeneradas, por exemplo, seqüencialmente ou simultaneamente.

Em alguns casos, o meio pode ser regenerado utilizando umacombinação de técnicas. Por exemplo, o meio pode ser regenerado utilizan-do uma ou mais soluções de regeneração, por exemplo, uma solução ácida,uma solução cáustica, uma solução de sal concentrada, etc, opcionalmenteem combinação com técnicas e/ou agentes capazes de fazer com que omeio contraia ou expanda. Causar a concentração ou a expansão do meiopode desalojar ou de outro modo dessorver íons, orgânicos, etc, do meio,por exemplo, por forças físicas ou rompimento mecânico, etc. Por exemplo,em uma modalidade, íons, orgânicos, etc. podem ser dessorvidos de porosque podem estar presentes no meio.

Em um conjunto de modalidades, o meio pode ser regeneradodentro de um dispositivo de eletrodesionização de um aparelho de purifica-ção elétrica enquanto o aparelho é utilizado para produzir um líquido purifi-cado. Um exemplo da regeneração do meio dentro de um dispositivo de ele-trodesionização simultaneamente com a purificação de líquido está ilustradonas figuras 2A e 2B , no contexto de um dispositivo de eletrodesionizaçãoonde o campo elétrico pode ser invertido (por exemplo, como adicionalmenteabaixo discutido). Referindo à figura 2A, a polaridade ou a direção do campoelétrico inicialmente é tal que os íons negativamente carregados (por exem-plo, Cl", HC03", GO32", etc.) são atraídos para a direita (+), enquanto que osíons positivamente carregados (por exemplo Ca2+, Na+, K+) são atraídos pa-ra a esquerda (-). Nesta figura, as membranas seletivas de ânions 215 depreferência permitem o transporte de íons negativamente carregados atra-vés das mesmas, enquanto que as membranas seletivas de cátions 225 depreferência permitem o transporte de íons positivamente carregados atravésdas mesmas.

Um líquido a ser purificado 230, que contém uma ou mais espé-cies-alvo a serem removidas (por exemplo, íons, orgânicos, etc), é passadoatravés de compartimentos 210, enquanto que uma solução de sal concen-trada utilizada para a regeneração 240 é passada através dos compartimen-tos 220. Como anteriormente descrito, quando o líquido a ser purificado en-tra nos compartimentos de diluição 210, as espécies-alvo a serem removidaspodem adsorver por sobre o meio 250. A solução de sal concentrada 240 fluiatravés dos compartimentos de concentração 220 na figura 2A. As espéciesque foram adsorvidas por sobre o meio 250 podem ser dessorvidas quandoda exposição do meio à solução de sal concentrada 240 (que entra no líqui-do 245 para sair do compartimento), como anteriormente descrito. Assim, olíquido 235 que sai do compartimento de diluição 210 foi purificado (isto é,de modo que o líquido tem uma concentração mais baixa de espécies a se-rem removidas do que o líquido que entra 230), enquanto que o líquido 245que sai dos compartimentos de concentração 220 regenerou pelo menosuma porção do meio 250. O líquido 245 pode então entrar em outros proces-sos ou operações, ser descartado como refugo, etc.Em alguns casos, a direção do campo elétrico pode ser invertidadurante a operação do dispositivo (vide também a Patente U.S. Número5.558.753) o que resulta, por exemplo, na disposição ilustrada na figura 2Asendo convertida na disposição ilustrada na figura 2B. Nesta disposição, omeio regenerado (pelo menos parcialmente) 250 dentro dos compartimentos220 pode agora ser utilizado para a purificação de líquido, enquanto o meio250 dentro dos compartimentos 210, o qual foi pelo menos parcialmente sa-turado, por exemplo, com uma ou mais espécies-alvo adsorvidas, pode serregenerado. Pela inversão da direção do campo elétrico dentro do dispositi-vo de eletrodesionização, os compartimentos 210 agora atuam como com-partimentos de concentração, enquanto que os compartimentos 220 agoraatuam como compartimentos de diluição. Além disso, as entradas para en-trar os líquidos 230 e 240 podem ser invertidas, de modo que o líquido a serpurificado 230 entre nos compartimentos 210 (agora compartimentos de dilu-ição) enquanto que a solução de sal concentrada 240 entra nos comparti-mentos 220 (agora compartimentos de concentração). Os mesmos princípiosde transporte acima descritos com referência à figura 2A também aplicam-separa a configuração mostrada na figura 2B, invertida devido à inversão docampo elétrico; assim, os compartimentos 210 agora produzem um líquidopurificado, enquanto que os compartimentos 220 agora produzem um líquidoque contém pelo menos uma porção da espécie-alvo removida do líquido230 e/ou dessorvida do meio 250. Além disso, o meio 250 dentro dos com-partimentos 23 0 pode agora ser regenerado quando da exposição à soluçãode sal concentrada 240, enquanto que o meio (anteriormente regenerado)250 dentro dos compartimentos 220 pode agora ser utilizado para adsorveruma ou mais espécies-alvo do líquido a ser purificado 230.

O campo elétrico do dispositivo de eletrodesionização pode serinvertido em tais casos (por exemplo entre as modalidades mostradas nasfiguras 2A e 2B) tão freqüentemente quanto necessário ou desejado parauma aplicação específica. A freqüência de ciclagem entre as duas polarida-des do campo elétrico pode ser alterada dependendo de fatores específicospara uma aplicação específica, tais como a dureza ou a concentração daespécie-alvo da água de alimentação; a concentração e/ou composição dasolução de sal concentrada utilizada para a purificação; o tipo, a quantidade,e/ou o tamanho do meio; as taxas de fluxo dos líquidos que entram; o tama-nho do aparelho de purificação elétrica e dos compartimentos no mesmo; avoltagem aplicada; o grau de purificação desejado; as medições de forma-ção de incrustação e/ou grau de resíduos; ou similares. Aqueles versados natécnica serão capazes de selecionar ou otimizar as condições de operaçãode um aparelho de purificação elétrica específico para adequar uma aplica-ção específica, não utilizando mais do que uma experiência de rotina. Porexemplo, o campo elétrico pode ser invertido quando uma certa concentra-ção de uma espécie-alvo tal como um íon de dureza ou uma espécie orgâni-ca, um composto indicativo de formação de resíduos e/ou de incrustação, ousimilares é detectado em um concentrado de líquido que sai e/ou no fluxo deproduto. Como outro exemplo, o campo elétrico pode ser invertido quandouma certa quantidade ou concentração de uma espécie-alvo é capaz depassar através do aparelho de purificação elétrica sem ser adsorvida porexemplo, quando uma certa quantidade de uma espécie-alvo é detectadaem um ou mais fluxos que saem do aparelho de purificação elétrica, tal co-mo quando uma ruptura de uma espécie-alvo do meio dentro do aparelho depurificação elétrica foi atingida. Em ainda outro exemplo, o campo elétricopode ser invertido quando uma certa pureza de líquido limite não é atendida(por exemplo, uma concentração de uma espécie-alvo dentro de um fluxo delíquido purificado excede-um certo valor ou faixa predeterminado). Em aindaoutro exemplo, o campo elétrico pode ser invertido em uma taxa ou freqüên-cia fixa, por exemplo, a cada 6 horas ou a cada 24 horas, ou quando a purifi-cação elétrica foi operada por uma extensão de tempo predeterminada, porexemplo, após 12 horas de utilização, após 36 horas de utilização, após umasemana de utilização, etc. Em ainda outro exemplo, o campo elétrico podeser invertido em resposta a uma medição de concentração (por exemplo deum íon de dureza ou de outra espécie-alvo) dentro de um compartimento deconcentração e/ou dentro de um compartimento de diluição do dispositivo deeletrodesionização, por exemplo, por um sensor, tal como um sensor decondutividade, um sensor de cálcio, um sensor de sódio, ou similares. Emoutro exemplo, o campo elétrico pode ser invertido quando uma incrustaçãoe/ou resíduos substanciais começam a ocorrer, por exemplo, dentro do dis-positivo de eletrodesionização (por exemplo, sobre uma membrana seletivade íons), dentro do aparelho de purificação elétrica, etc. A inversão do cam-po elétrico pode ocorrer simultaneamente com a regeneração da resina den-tro do dispositivo de eletrodesionização, ou a inversão pode ocorrer antes ouapós a regeneração do meio dentro do dispositivo de eletrodesionização,dependendo da aplicação específica.

Pela inversão do campo elétrico periodicamente dentro do dis-positivo de eletrodesionização, o aparelho de purificação elétrica pode seroperado essencialmente continuamente por períodos de tempo prolongados,de acordo com um conjunto de modalidades. O meio dentro de um compar-timento (o compartimento de concentração) pode ser regenerado enquantoque o meio dentro do outro compartimento (o compartimento de diluição)está em utilização; então, quando da inversão do campo elétrico, o meio re-generado pode ser utilizado enquanto que o meio utilizado pode ser regene-rado. Este processo pode ser repetido tantas vezes quanto desejado, assimprovendo uma utilização essencialmente contínua do aparelho de purificaçãoelétrica para produzir um líquido purificado. Por "essencialmente contínuo"quer-se significar que o aparelho de purificação elétrica pode ser utilizadopara produzir um líquido purificado sob demanda (por exemplo, intermiten-temente, periodicamente, continuamente, etc), com somente uma breve in-terrupção quando a direção do campo elétrico é invertida e o fluxo de líquidopurificado do aparelho é permitido estabilizar, isto é, o aparelho de purifica-ção elétrica não precisa ter um período de tempo no qual o meio é removidodo aparelho ou recarregado, durante cujo tempo o aparelho de purificaçãoelétrica não pode ser solicitado a produzir um fluxo de líquido purificado. Emalguns casos, durante o período inicial após a inversão de voltagem onde adeterioração da qualidade da água ocorre no fluxo de concentração recen-temente formado, a deterioração da qualidade da água é suficientementepequena que o produto líquido não precisa necessariamente ser descartadoem nenhum momento durante ou entre a inversão de voltagem. Em outraspalavras, a condutividade do produto líquido de qualquer um ou de ambos oscompartimentos de esgotamento ou de concentração recentemente forma-dos é suficientemente baixa de modo a tornar o produto líquido aceitável emum fluxo ou no outro fluxo ou em ambos. Assim, em muitos casos, uma bre-ve interrupção pode durar apenas minutos ou segundos, ou mesmo ser nãoexistente (isto é, o aparelho de purificação elétrica pode ser utilizado paraproduzir um fluxo de líquido purificado sob demanda a qualquer momento,sem nenhuma interrupção na produção de líquido). Vide, por exemplo, a Pa-tente U.S. Número 4.956.071.

Em um conjunto de modalidades, o aparelho de purificação elé-trica pode ser operado por períodos de tempo arbitrários, selecionados oupredeterminados. Em outro conjunto de modalidades, o aparelho de purifica-ção elétrica pode ser operado para permitir a remoção do líquido de alimen-tação, por exemplo, por adsorção ao meio, de uma maior quantidade de umaou mais espécies-alvo do que a capacidade de carregamento máxima domeio para a espécie-alvo. Isto é, o meio pode ser utilizado em tais modalida-des para remover uma ou mais espécies-alvo de um líquido a ser purificado,onde a quantidade da espécie-alvo que pode ser removida pelo meio é mai-or do que a quantidade da espécie-alvo que o meio pode adsorver em qual-quer tempo, isto é, quando o meio está saturado (a "capacidade de carre-gamento máxima"). Isto é permitido pela técnica inventiva de "recarregar"-periodicamente a capacidade do meio, enquanto este permanece dentro dodispositivo de eletrodesionizaçao, através das técnicas de regeneração aci-ma descritas. Isto pode permitir um aperfeiçoamento na operação em rela-ção aos dispositivos convencionalmente operados pela redução da tendên-cia de formar incrustações e/ou resíduos orgânicos e/ou mantendo as carac-terísticas de adsorção seletivas da espécie do meio ao longo de um períodode operação muito mais prolongado do dispositivo de eletrodesionizaçao.

Vantajosamente, em certas modalidades, os métodos de opera-ção e de regeneração de acordo com certos aspectos da invenção podempermitir que um dispositivo de eletrodesionizaçao dentro de um aparelho depurificação elétrica seja exposto diretamente e processe para purificaçãouma água "dura" ou "suja" sem um processo de "amaciamento" ou de purifi-cação a montante, isto é, um processo de capaz de remover ou reduzir emconcentração os íons de dureza ou outras espécies indesejáveis, tais comoo TOC ou espécies orgânicas específicas, da solução. Exemplos de disposi-tivos de amaciamento de água que tipicamente deve ser provido a montantedos dispositivos de eletrodesionizaçao convencionais, os quais podem serevitados em certas modalidades da presente invenção, inclui os dispositivosde troca de íons, os dispositivos de osmose inversa, os dispositivos de ultra-filtragem, os dispositivos de nanofiltragem, os dispositivos de diálise, e simi-lares. Assim, em um conjunto de modalidades, uma água dura e/ou uma á-gua que contém, níveis relativamente altos de TOC pode entrar diretamenteem um dispositivo de eletrodesionizaçao, sem um amaciamento ou um pré-tratamento a montante para remover o TOC. Em outro conjunto de modali-dades, algum amaciamento da água que entra (ou outro líquido) pode ocor-rer, mas não o suficiente para "amaciar" totalmente a água que entra no dis-positivo de eletrodesionizaçao (isto é, para concentrações de íons de durezaou outras espécies-alvo que sejam baixas o bastante para impedir que in-crustações substanciais e/ou resíduos substanciais ocorram nos dispositivosde eletrodesionizaçao convencionalmente operados). Em ainda outro con-junto de modalidades, o aparelho de purificação elétrica é capaz de removeruma certa quantidade uma espécie-alvo tal como um íon de dureza do líqui-do de entrada (por exemplo, da água dura, como anteriormente descrito).Por exemplo, mais do que aproximadamente 70%, aproximadamente 80%,aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 97%,aproximadamente 98%, ou aproximadamente 99% dos íons duros que en-tram ou de outras espécies-alvo podem ser removidos pelo aparelho de puri-ficação elétrica, e em alguns casos, sem resultar em incrustações substanci-ais dentro do aparelho de purificação elétrica. Assim, em um conjunto demodalidades, o aparelho de purificação elétrica é capaz de tratar a água du-ra sem incrustações ou resíduos substanciais dentro do aparelho de purifi-cação elétrica.Um exemplo de um aparelho de purificação elétrica de acordocom certas modalidades da invenção que pode ser utilizado essencialmentecontinuamente enquanto provendo a regeneração do meio está mostrado nafigura 3. Na modalidade ilustrada, o aparelho de purificação elétrica 300 in-clui um único ponto de entrada 125 para um líquido a ser purificado. É claro,em outras modalidades, o aparelho de purificação elétrica pode conter maisdo que um ponto de entrada, por exemplo, dois pontos de entrada para umou mais líquidos a serem purificados, um primeiro ponto de entrada para umlíquido a ser purificado e um segundo ponto de entrada para uma solução desal concentrada, etc. O líquido 120, no exemplo mostrado na figura 3, quan-do entrando no sistema 300, é dividido em um percurso de diluição 310 e umpercurso de concentração 320. O percurso de diluição 310 passa através dediversos sistemas de controle de líquido 315, 317, 319, etc. os quais podemser, por exemplo, válvulas, filtros, fluxímetros, tubulações adicionais, ele-mentos de controle de fluxo, sensores, atuadores, viscosímetros, termôme-tros, termopares, sensores de pH, elementos de constrição, ou similares. Emalguns casos, os sistemas de controle de líquido podem incluir dispositivospara introduzir aditivos no fluxo de líquido, por exemplo para controlar o pHou os microorganismos, para facilitar a floculação, etc. Aqueles versados natécnica serão capazes de identificar os dispositivos e sistemas adequadospara atingir um propósito específico para uma dada aplicação; como um e-xemplo específico, o sistema de controle de líquido 315 pode ser um ele-mento de controle de fluxo, tal como uma válvula, e os sistemas de controlede líquido 317, 319 podem ser filtros. No percurso de concentração 320 nafigura 3, o sistema de controle de líquido foi expandido como um exemploilustrativo. Aqui, o percurso de concentração 320 está dividido em ramifica-ções 322, 324, 326. A ramificação 326 entra no reservatório 330 neste e-xemplo não limitativo, enquanto que as ramificações 322, 324 representamvários sistemas de desvio e de controle ao redor do reservatório 330 (porexemplo, em sistemas onde o reservatório 330 não é necessário para umaoperação de rotina do sistema 300 e é utilizado como um tanque de com-pensação ou um tanque de transbordamento). Também mostrados na figura3, estão diversos sistemas de controle de líquido adicionais 323, 325, 327,329; por exemplo, os sistemas de controle de líquido 327, 329 podem serfiltros, e os sistemas de controle de líquido 323, 325 podem ser elementosde controle de fluxo, tais como válvulas.

O reservatório 330, em uma modalidade, pode ser um tanque decontenção ou outro recipiente capaz de armazenar líquidos, por exemplo,um tanque de compensação, um tanque de transbordamento, etc. Em outramodalidade, o reservatório 330 pode estar cheio com qualquer fluido ade-quado para utilização no aparelho de purificação elétrica, dependendo daaplicação específica. Por exemplo o reservatório 330 pode conter uma solu-ção que tem uma composição selecionada para facilitar a regeneração domeio contido no dispositivo de eletrodesionização 110, tal como uma soluçãode sal ou de ácido concentrada. O reservatório 330 pode ser cheio e esvazi-ado utilizando qualquer técnica adequada conhecida daqueles versados natécnica. Por exemplo, se o reservatório 330 deve ser cheio com uma soluçãode sal concentrada, a solução de sal concentrada pode ser introduzida noreservatório 330 de uma fonte externa (não mostrada na figura 3), o reserva-tório 330 pode ser cheio utilizando a ramificação 326, opcionalmente pas-sando o líquido através de um elemento que adiciona sal para aumentar aconcentração de sal, etc. Como outro exemplo, a bomba 331 pode ser utilizadapara bombear um líquido para dentro e/ou para fora do reservatório 330.

No exemplo de sistema da figura 3, as ramificações 322, 324,326 (através do reservatório 330) são combinadas em um percurso de con-centração 340. O percurso de diluição 310 e o percurso de concentração340 são introduzidos no dispositivo de eletrodesionização 110 através dasentradas 128, 129, respectivamente. Em modalidades onde a polaridade dodispositivo de eletrodesionização 110 é periodicamente invertida (por exem-plo, quando uma certa condição é atingida, por exemplo, quando uma certaconcentração mínima e/ou máxima de uma espécie-alvo é detectada em umlíquido que sai do dispositivo), válvulas de 3 vias 350, 355 podem ser utiliza-das para direcionar o fluxo de líquido do percurso de concentração 340 e olíquido do percurso de diluição 310 para dentro de compartimentos apropria-dos do dispositivo de eletrodesionização 110, como acima discutido. Simi-larmente, válvulas de 3 vias 360, 365 podem ser utilizadas para direcionar oslíquidos que saem dos compartimentos de concentração e de diluição dentrodo dispositivo de eletrodesionização 110 para dentro dos percursos apropri-ados, por exemplo, o percurso de produto 370 e o percurso de descarte 380.Opcionalmente, os sistemas de controle de líquido 375, 385 podem estarpresentes nos percursos de produto e/ou de descarte, por exemplo, paramonitorar as taxas de fluxo ou as concentrações de uma ou mais espécies-alvo. Os líquidos dos percursos 370, 375 então saem do aparelho de purifi-cação elétrica 300 através dos pontos de utilização 390, 395.

Na figura 3, o sistema de controle de líquido 375 está em comu-nicação eletrônica com um monitor / controlador 377 através de uma linha desinal 378. O sinal pode ser qualquer sinal adequado, por exemplo, um sinalpneumático, um sinal elétrico, um sinal mecânico, ou similares. O monitor /controlar 377 pode ser qualquer sistema ou mecanismo que possa detectaro sinal que entra da linha de sinal 378, determinar uma resposta apropriada,e transmitir um sinal através das linhas de sinal 371, 372, 373, 374 para ossistemas de controle de liquido 315, 317, 319 e/ou para o dispositivo de ele-trodesionização 110. As linhas de sinal 371, 372, 373, 374, e 378 cada umanão precisa necessariamente transmitir o mesmo tipo de sinal. O monitor /controlador 377 pode ser, por exemplo, um controlador mecânico, um con-trolador pneumático, um computador ou uma série de computadores, umchip de semicondutor ou outro microprocessador de circuito integrado, ousimilares. Em algumas modalidades, o monitor 377 pode ser um sistema decontrole "com fiação", um sistema de controle de computador pré-programado, ou o monitor 377 pode ser um sistema de controle implementa-do por computador que é programável e adaptável conforme necessário. Oalgoritmo pode ser um algoritmo predeterminado, ou este pode ser um algo-ritmo que pode adaptar-se com as condições de processo mutáveis, tal co-mo em um processo onde o fluxo é pulsante ou randomicamente distribuído.Como um exemplo específico, quando o monitor / controlador 377, com baseem leituras de sensor do sistema de controle de líquido 375 (e/ou outros sis-temas de controle de líquido, não mostrados) determina que a regeneraçãodo meio dentro do dispositivo de eletrodesionização 110 está indicada (porexemplo, quando a concentração de íon de dureza no ponto de utilização390 atingiu um certo nível; quando um certo grau de saturação do meio deadsorção com uma espécie-alvo dentro de um compartimento de diluição dodispositivo é detectado, por exemplo pelo menos 50% de saturação, 75% desaturação, 90% de saturação, ou maior; quando uma certa concentraçãolimite de uma espécie-alvo é detectada no líquido dentro de um comparti-mento de concentração do dispositivo, por exemplo qualquer concentraçãonão zero indicativa de ruptura; quando uma mudança de resistividade elétri-ca do meio de adsorção e/ou de consumo de energia do dispositivo e/ou depotencial elétrico aplicado requerido, os quais são indicativos de um certonível de saturação da adsorção com a espécie-alvo, é detectado; etc), omonitor 277 pode então iniciar uma resposta apropriada (por exemplo, efe-tuando ou fazendo com que seja efetuado um ou mais de: introduzir umasolução de regeneração no dispositivo de eletrodesionização 110, reservar apolaridade dentro do dispositivo de eletrodesionização 110, sinalizar para umoperador humano que uma certa concentração ou outra condição foi atingi-da, etc).

Outro exemplo de um aparelho de purificação elétrica 400 capazde ser utilizado essencialmente continuamente está mostrado. Para clareza,o monitor / controlador e o sistema de controle acima discutidos não estãoespecificamente ilustrados; no entanto, em certas modalidades, um tal sis-tema de controle seria provido. Neste exemplo, a purificação elétrica 400tem dois dispositivos de eletrodesionização 110, 111 em paralelo. O(s) líqui-do(s) entra(m) no aparelho de purificação elétrica 400 dos pontos de entrada125, 126. Os líquidos que entram nos pontos de entrada 125, 126 podem seros mesmos ou diferentes. Uma série de sistemas de controle de líquido 314,315, 316, 317, 318, 319, 323, 325, 327, 328, 329, 332, 333, 334, 335 dire-ciona o(s) líquido(s) para os dispositivos de eletrodesionização 110, 111. Ossistemas de controle de líquido podem incluir filtros, fluxímetros, tubulaçõesadicionais, elementos de controle de fluxo, sensores, atuadores, viscosíme-tros, termômetros, termopares, sensores de pH, elementos de constrição ousimilares, como anteriormente descrito com referência à figura 3. Por exem-plo, os sistemas de controle de líquido 314, 315, 316, 318, 323, 325, 328,332, 333, 334, 335 podem representar bombas ou válvulas, enquanto que ossistemas de controle de líquido 317, 319, 327, e 329 podem representar fil-tros ou sensores. Como descrito no contexto da figura 3 acima, o sistemapode ser controlado por um ou mais monitores / controladores (não mostra-dos), os quais podem estar em comunicação com um ou mais sensores (nãomostrados). Opcionalmente, o líquido pode também ser direcionado para oou do reservatório 330. Quando saindo dos dispositivos de eletrodesioniza-çao 110, 111,o líquido é direcionado pelos componentes de líquido, tais co-mo as válvulas 360, 361, 362, 363, 365 para os pontos de utilização 390,395, 397. Em alguns casos, um dispositivo de eletrodesionizaçao pode serutilizado para purificar o líquido, enquanto que o outro dispositivo de eletro-desionizaçao não é utilizado para os propósitos de purificação de líquido;como exemplos, uma manutenção pode ser executada no outro dispositivode eletrodesionizaçao, o outro dispositivo de eletrodesionizaçao pode serutilizada para regenerar o meio, etc. Em alguns casos, os papéis dos dispo-sitivos de eletrodesionizaçao que operam em paralelo podem ser invertidos(ou ambos ativados simultaneamente) para assegurar uma operação essen-cialmente contínua do aparelho de purificação elétrica.

Outro exemplo de um aparelho de purificação elétrica está mos-trado na figura 11. Nesta figura, o líquido entra no aparelho de purificaçãoelétrica 500 do ponto de entrada 525 no fluxo 520. O líquido é então opcio-nalmente passado através de um ou mais filtros antes de atingir o dispositivode eletrodesionizaçao 610. Por exemplo, como mostrado na figura 11, o lí-quido pode ser passado através de um ou mais de um amaciador 517, umfiltro de carbono 518, e/ou um filtro de partículas 519. É claro, em outrasmodalidades outros filtros (ou nenhum filtro) podem ser utilizados, depen-dendo da aplicação específica. Após passar através dos filtros 517, 518, e519, na figura 11, o líquido é dividido em três fluxos 510, 522, e 527. As ta-xas de fluxo em cada um destes fluxos pode ser controlada através da utili-zação de válvulas de diafragma 515, 529, e 528, respectivamente. O fluxo527 é direcionado para os compartimentos de eletrodo do dispositivo de ele-trodesionização 610. O fluxo 527 passa através do compartimento de anodo513 do dispositivo de eletrodesionização 610, então através do comparti-mento de catodo 514, antes de ser direcionado para o dreno 597. O fluxo510 é passado através do compartimento de diluição 511 do dispositivo deeletrodesionização 610, saindo como um fluxo 509, enquanto que o fluxo522 é direcionado para o compartimento de concentração 512 do dispositivode eletrodesionização 610, saindo como um fluxo 508. Deve ser notado, queapesar do dispositivo de eletrodesionização 610 ser apresentado na figura11 como tendo um único compartimento de diluição 511 e um único compar-timento de concentração 512, os dispositivos de eletrodesionização que temmúltiplos compartimentos de diluição e/ou de concentração são tambémcontemplados em outras modalidades da invenção, e os compartimentos dediluição e de concentração únicos do dispositivo de eletrodesionização 610,como apresentado na figura 11, são para clareza somente. Por exemplo, emoutras modalidades, o dispositivo de eletrodesionização pode ter uma confi-guração similar àquela mostrada na figura 1.

Na figura 11, após sair do dispositivo de eletrodesionização 610,o fluxo 508 é direcionado para uma rejeição 595, enquanto que o fluxo 509que sai do compartimento de diluição 511 é direcionado para a válvula de 3vias 560. A válvula 560 pode ser direcionada para enviar o líquido dentro dofluxo 509 para um ponto de utilização 590, ou para a rejeição 595. Quando oaparelho de purificação elétrica 500 é utilizado para produzir um fluido purifi-cado, a válvula de três vias 560 pode ser direcionada para o ponto de utiliza-ção 590. No entanto, durante a regeneração do meio contido no dispositivode eletrodesionização 610, a válvula de três vias 560 pode ser direcionadapara a rejeição 595.

Como mostrado na figura 11, o reservatório 530 pode conteruma solução que tem uma composição selecionada para facilitar a regene-ração do meio contido no dispositivo de eletrodesionização 610, tal comouma solução de sal ou de ácido concentrada. O reservatório 530 pode sercheio ou esvaziado utilizado qualquer técnica adequada conhecida daquelesversados na técnica. Durante a regeneração, a bomba 531 pode direcionar asolução regeneradora para dentro de um ou ambos o compartimento de dilu-ição 511 e do compartimento de concentração 512. Quando saindo destescompartimentos, a solução regeneradora pode ser direcionada para a rejei-ção 595, como anteriormente descrito.

O sensor 575 está em comunicação fluídica com o fluxo 509 quesai do compartimento de diluição 511.0 sensor 575 pode ser, por exemplo,um sensor de condutividade, um sensor de cálcio, um sensor de sódio, ousimilares. Um monitor ou um controlador (não mostrado) pode monitorar osinal que é produzido pelo sensor 575, e em alguns casos, pode determinaruma resposta apropriada, por exemplo sinalizar quando a regeneração domeio contido no dispositivo de eletrodesionização 610 é requerida. Outrossensores podem também estar presentes, por exemplo, sensores de taxa defluxos, sondas de temperatura, medidores de pressão, ou similares. Comoum exemplo, na figura 11, os sensores 576, 577, e 578 podem detectar umacaracterística dos fluxos 527, 510, e 522, respectivamente, por exemplo, ataxa de fluxo.

Outro exemplo de um aparelho de purificação elétrica da inven-ção está ilustrado na figura 12. Este aparelho está configurado similarmenteao aparelho de purificação elétrica ilustrado na figura 11, apesar de que ofluxo 508, quando saindo do compartimento de concentração 512 do disposi-tivo de eletrodesionização 610, é direcionado para um laço de reciclagem562, controlado pela bomba 563. O laço de reciclagem 562 pode ser direcio-nado para a rejeição 595 (controlado utilizando a válvula 598), e/ou para osfluxos 510 e/ou 522 que entram no compartimento de diluição 511 e nocompartimento de concentração 512, respectivamente. Na modalidade mos-trada na figura 12, a solução regeneradora contida no reservatório 530 podeser injetada no dispositivo de eletrodesionização 610 até que o dispositivo deeletrodesionização seja essencialmente cheio com a solução regeneradora,e/ou recirculada dentro do laço de reciclagem 562 em conjunto com o dispo-sitivo de eletrodesionização 610, conforme necessário, por exemplo, até queo meio contido no dispositivo de eletrodesionização 610 tenha sido suficien-temente regenerado. Quando em um nível de regeneração adequado, o lí-quido regenerador pode então ser direcionado para a rejeição 595. Esta dis-posição pode aperfeiçoar a distribuição de fluxo dentro do dispositivo de ele-trodesionização, e em alguns casos, esta disposição pode ajudar a reduzir aquantidade de solução regeneradora necessária para regenerar o meio deadsorção contido no dispositivo de eletrodesionização 610.

O exemplo ilustrado na figura 13 é similar ao aparelho de purifi-cação elétrica ilustrado na figura 12. Nesta figura, o fluxo 520 está divididoem três fluxos 510, 527, e 521. O fluxo 527 está direcionado para os eletro-dos do dispositivo de eletrodesionização 610, enquanto que o fluxo 510 estádirecionado para o compartimento de diluição 511 do dispositivo de eletro-desionização. O fluxo 521 está direcionado através de uma porção do laçode reciclagem 562 para o compartimento de concentração 512 no dispositivode eletrodesionização 610. A válvula de três vias 523 pode ser utilizada paraimpedir a mistura dos fluxos 510 e 522. Também nesta disposição, a bomba563 pode ser utilizada enquanto o dispositivo de eletrodesionização 610 éutilizada para produzir um fluido purificado, assim como durante a regenera-ção do meio contido no dispositivo de eletrodesionização 610. Permitindoque uma porção do fluxo concentrado seja regenerada através do fluxo 562,as velocidades de fluxo dos fluidos dentro dos compartimentos de concen-tração e de diluição do dispositivo de eletrodesionização 610 podem ser con-troladas para serem aproximadamente iguais (assim diminuindo o efeito dediferenças de pressão através de quaisquer membranas contidas no disposi-tivo de eletrodesionização 610), ou em qualquer outra velocidade de fluxorelativa desejada. Além disso, em alguns casos, recuperações de águasubstancialmente mais altas podem ser atingíveis utilizando um tal aparelhode purificação elétrica.

O aparelho de purificação elétrica da figura 14 pode também seroperado de tal modo a produzir simultaneamente um líquido purificado e re-generar a resina contida no dispositivo de eletrodesionização 610, como an-teriormente descrito. Na figura 14, o aparelho de purificação elétrica ilustradona figura 13 foi identificado para permitir uma inversão de polaridade do dis-positivo de eletrodesionização 610. Nesta figura, o fluxo 527, ao invés depassar em série através do compartimento de anodo 513 e do compartimen-to de catodo 514, é passado em paralelo através de ambos os compartimen-tos de eletrodo (deve ser notado que uma tal configuração pode ser utilizadaem outros aparelhos de purificação elétrica também, por exemplo, os apare-lhos mostrados nas figuras 12 ou 13). Além disso, na figura 14, através dautilização de válvulas adicionais 550, 555, 565, e 567, os líquidos podem serdirecionados para os compartimentos apropriados dentro do dispositivo deeletrodesionização 610 para permitir a inversão de polaridade do dispositivode eletrodesionização durante a utilização do dispositivo. Também na figura14, a válvula de três vias 560 pode direcionar um líquido purificado ou paraum ponto de utilização 590, e/ou um ponto de rejeição 599, por exemplo,quando o líquido purificado não for de uma pureza aceitável para ser dire-cionado para o ponto de utilização. Por exemplo, imediatamente na inversãode polaridade elétrica dentro do dispositivo de eletrodesionização 610, o lí-quido dentro do fluxo 509 pode não ser de pureza aceitável, e assim é dire-cionado para a rejeição 599.

Ainda outro exemplo de um aparelho de purificação elétrica estáilustrado na figura 15. Nesta figura, o aparelho de purificação elétrica 500 ésimilar ao aparelho de purificação elétrica apresentado na figura 14. No en-tanto, diversos fluxos de reciclagem adicionais foram adicionados. O líquidoque entra no aparelho de purificação elétrica 500 do ponto de entrada 525 éalimentado para um tanque de contenção 505. O líquido do tanque de con-tenção 505 é bombeado utilizando a bomba 507 através de filtros opcionais517, 518, e 519, para o fluxo de líquido 520. Além disso, as rejeições 597 e599 da figura 14 foram eliminadas, e os fluxos de líquido que alimentam es-tas rejeições são agora reciclados para o tanque de contenção 505. A ope-ração do aparelho de purificação elétrica 500 é de outro modo similar àquelaanteriormente descrita. Utilizando este sistema, recuperações de água muitoaltas podem ser conseguidas.

Deve ser compreendido que as descrições acima são exempla-res por natureza, e muitas outras configurações e variações são possíveis.Por exemplo, válvulas, entradas, percursos, reservatórios, tanques de com-pensação, saídas, sensores, ativadores, sistemas de controle, tubulações,filtros, etc. adicionais podem ser utilizados em um aparelho de purificaçãoelétrica da invenção, ou o aparelho de purificação elétrica pode ser combi-nado e/ou provido com outras técnicas / sistemas de purificação de fluidoe/ou operações de unidade. Por exemplo, o aparelho de purificação elétricapode ser construído e disposto para suprir um líquido para o dispositivo deeletrodesionizaçao no caso de uma falha da fonte de energia e/ou uma per-da de fluxo de água de alimentação para dispositivo de eletrodesionizaçao,por exemplo, utilizando um tanque de compensação.

EXEMPLOS

Exemplos não limitantes de modos de operação de certos apare-lhos / sistemas de purificação elétrica da invenção serão agora descritos. Emum exemplo, um dispositivo de eletrodesionizaçao que tem pelo menos umcompartimento de diluição e pelo menos um compartimento de concentra-ção, cada um contendo resinas de cátions e de ânions, está provido.

Inicialmente, as resinas de cátions em ambos os compartimen-tos de diluído e de concentrado dentro do dispositivo de eletrodesionizaçaoestão em uma forma de Na+ e as resinas de ânion estão em uma forma deCl". Um líquido de alimentação é introduzido em ambos os compartimentos.Em alguns casos, o líquido de alimentação é introduzido no compartimentode diluição em uma taxa de fluxo mais alta em relação ao compartimento deconcentração. Por exemplo, o líquido de alimentação pode ser introduzidono compartimento de diluição em uma taxa de fluxo aproximadamente 2 ve-zes, aproximadamente 3 vezes, aproximadamente 5 vezes, aproximadamen-te 7 vezes, aproximadamente 10 vezes etc. do que a taxa de fluxo introduzi-da no compartimento de concentração. Simultaneamente, uma voltagem éaplicada no dispositivo de eletrodesionizaçao para os compartimentos dediluição e de concentração, como anteriormente discutido.

Dentro do compartimento de diluição, íons de cálcio são troca-dos por íons de sódio das resinas de cátions, por exemplo, a resina de cá-tions pode ser escolhida de modo que a seletividade das resinas de cátionspara os íons de cálcio é mais alta do que para os íons de sódio, por exem-plo, 3 a 6 vezes mais alta. Os íons de sódio liberados da resina dentro docompartimento de diluição, juntamente com aqueles introduzidos na alimen-tação, se deslocam através da membrana de cátions para dentro do compar-timento de concentração. Também no compartimento de diluição, íons debicarbonato na alimentação tornam-se pelo menos parcialmente trocadospor Cl" enquanto que alguns íons de bicarbonato movem-se através damembrana de ânions para dentro do compartimento de concentração, porexemplo se a seletividade das resinas de ânions para os íons de bicarbonatofor mais baixa do que os íons de cloro. Por exemplo, a resina de ânions po-de ser escolhida de modo que a seletividade para os íons de bicarbonatoseja aproximadamente 2 ou mais vezes mais baixa do que para os íons decloro. Além disso, alguns orgânicos na alimentação podem ter íons pelo me-nos parcialmente trocados com os íons de cloro das resinas de ânions, e/oupelo menos parcialmente fisicamente adsorvidos na resina. A aglutinaçãodos orgânicos pode também causar a liberação de íons de cloro das resinasem alguns casos, como acima descrito, os quais deslocam-se através damembrana seletiva de ânions para dentro do compartimento de concentra-ção. Assim, o líquido que sai do compartimento de diluição terá níveis relati-vamente baixos ou mesmo indetectáveis de Ca2+, íons de bicarbonato e/ouorgânicos. Também, dentro do compartimento de diluição, concentraçõesmuito baixas de Ca2+ estarão presentes na fase líquida, em relação à quan-tidade absorvida pela resina.

Processos de troca de íons similares ocorrem dentro do compar-timento de concentração. Se a taxa de fluxo de líquido do compartimento deconcentração for baixa em relação ao compartimento de diluição, então con-sequentemente, relativamente menos íons entrarão no compartimento deconcentração. Por exemplo, se a taxa de fluxo de líquido através do compar-timento de concentração for 1/10 do compartimento de diluição como acimadiscutido, o fluxo de íons seria 1/10 daquele do compartimento de diluição.Além disso, uma certa quantidade de íons (Na+, HC03", Cl", orgânicos ioni-zados) é transportada do compartimento de diluição para dentro do compar-timento de concentração através da membrana de troca de íons.

No compartimento de diluição, conforme a troca de íons prosse-gue, as resinas tornam-se crescentemente saturadas com Ca2+ e/ou orgâni-cos ou outras espécies-alvo. Em um certo nível de saturação, a "ruptura" deum ou mais íons alvo (por exemplo, Ca2+) pode ocorrer no dispositivo de ele-trodesionizaçao, em cujo ponto, apesar da maior parte dos íons de Ca2+ ain-da ser adsorvidas pela resina de troca de cátions, uma pequena quantidadede íons de Ca2+ começa a estar presente na solução. Na ruptura, os íonsalvo na solução podem mover-se através da membrana para dentro do com-partimento de concentração, e/ou podem ser liberados no fluxo de produto.Em alguns casos, por exemplo, se a resistência elétrica da resina de cátionsquando em forma de Ca2+ for mais alta do que quando em forma de Na+, aresistência elétrica da resina de cátions aumentará e o desempenho total dodispositivo de eletrodesionizaçao diminuirá gradualmente.

Em certos casos onde altos níveis de orgânicos estão presentes,os orgânicos podem causar resíduos na resina de ânions em um ou ambosos compartimento de diluição e de concentração. Os resíduos nas resinas deânions dentro do dispositivo de eletrodesionizaçao podem fazer com que aresistência elétrica do dispositivo de eletrodesionizaçao aumente, o que po-de resultar em uma diminuição no transporte de íons do compartimento dediluição para o compartimento de concentração, afetando negativamente odesempenho do dispositivo de eletrodesionizaçao.

Quando a qualidade do líquido produzido pelo dispositivo de ele-trodesionizaçao diminui abaixo de um certo ponto, a regeneração da resina éiniciada. A capacidade de adsorção das resinas dentro do dispositivo de ele-trodesionizaçao neste ponto será reduzida mas não completamente exaurida(por exemplo, a regeneração pode ser começada quando a ruptura de Ca2+é observada e/ou a ruptura de orgânicos é observada). Deve ser notado que,neste exemplo, um estado de equilíbrio do dispositivo de eletrodesionizaçaonão é alcançado (isto é, um estado onde mais nenhuma adsorção de íonslíquida ocorre pela resina), no qual espécies-alvo adicionais introduzidas nodispositivo de eletrodesionização saem nos líquidos de fluxo de saída oudiluído ou concentrado. Assim, durante a operação do dispositivo de eletro-desionização, um equilíbrio de massa de íons que entram e saem do dispo-sitivo não é alcançado, enquanto que no equilíbrio, existe um equilíbrio demassa entre os íons alvo que entram no dispositivo de eletrodesionização eos íons alvo que saem do dispositivo de eletrodesionização.

Regeneração

Processo de Não Inversão: neste exemplo, ambas as resinasdentro dos compartimentos de diluição e de concentração são regeneradas.Como anteriormente descrito, uma solução de regeneração é passada atra-vés dos compartimentos de diluição e de concentração para regenerar a re-sina. A solução de regeneração converte as resinas de cátion para uma for-ma de Na+, converte as resinas de ânions para uma forma de Cl", e/ou des-sorve os orgânicos das resinas. A dessorção dos orgânicos pode ser conse-guida por troca de íons, e/ou por dessorção mecânica, por exemplo, fazendocom que as resinas contraiam e/ou expandam, assim fazendo com que oscompostos orgânicos sejam liberados das resinas.

Processo de Inversão: neste caso exemplar, um compartimento(ou somente um compartimento para um dado ciclo de regeneração ou decada vez) é regenerado. Por exemplo somente o compartimento de concen-tração pode ser regenerado enquanto que o produto continua a ser produzi-do pelo compartimento de diluição. Após o compartimento de concentraçãoter sido regenerado, a polaridade da voltagem aplicada nos compartimentosde diluição e de concentração é invertida e os fluxos são invertidos de modoque o novo compartimento de diluição e o compartimento recentemente re-generado (que anteriormente concentrava), e o novo compartimento de con-centração é o compartimento de diluição anterior (não regenerado). A rege-neração pode ser iniciada uma vez que a qualidade do líquido produzido pe-lo dispositivo de eletrodesionização diminui abaixo de um certo ponto, e emalguns casos, múltiplas regenerações / soluções de regeneração / técnicaspodem ser utilizadas.

Resultados exemplares não limitantes de ciclos de operação queincluem as regenerações estão mostrados nas figuras 18 e 19 e estão abai-xo descritos. A figura 18 é um gráfico que ilustra a fração de capacidade deadsorção restante para uma espécie-alvo como uma função do tempo (me-dido pelo número de regenerações). Antes do primeiro ciclo, na figura, ocompartimento 1 era o compartimento de diluição e o compartimento 2 era ocompartimento de concentração. Após a regeneração, a polaridade do dis-positivo de eletrodesionização foi invertida (isto é, o compartimento 1 tornou-se o compartimento de concentração, e o compartimento 2 tornou-se o com-partimento de diluição). No entanto, em alguns casos, a regeneração dasresinas pode também ser iniciada após a inversão de polaridade, como estámostrado na figura 19. Em qualquer um destes casos, a capacidade de ad-sorção da resina para a espécie-alvo não atinge um valor zero, isto é, o dis-positivo de eletrodesionização não atinge um estado de equilíbrio durante autilização do dispositivo.

Os seguintes exemplos são destinados a ilustrar certos aspectosde certas modalidades da presente invenção, mas não exemplificam o esco-po total da invenção.

Exemplo 1

Este exemplo ilustra a utilização de um dispositivo de eletrodesi-onização, de acordo com uma modalidade da invenção. Um aparelho de pu-rificação elétrica, que inclui um dispositivo de eletrodesionização, foi monta-do, tendo uma configuração similar àquela mostrada na figura 3. Neste sis-tema, o dispositivo de eletrodesionização foi preparado para prover uma in-versão de polaridade e operar essencialmente continuamente. O dispositivode eletrodesionização incluía 20 pares de células (isto é, 20 pares de com-partimentos de concentração e de diluição adjacentes), com cada célula ten-do uma espessura de aproximadamente 0,23 cm (aproximadamente 0,09pol.), e um comprimento de percurso de fluxo dentro de cada célula de apro-ximadamente 66 cm (aproximadamente 26 pol.). Dentro de cada célula, olíquido flui do topo da célula, para o fundo da célula; então, o líquido é entra-do na próxima célula, no fundo, e flui para o topo. As condições de operaçãodo dispositivo de eletrodesionização foram selecionadas de modo que o dis-positivo foi capaz de produzir um líquido purificado em uma taxa de fluxo deproduto de aproximadamente 2,27 l/min (aproximadamente 0,6 gal/min). Ataxa de fluxo de entrada era de aproximadamente 2,84 l/min (aproximada-mente 0,75 gal/min), e a taxa de fluxo de rejeição era de aproximadamente0,57 l/min (aproximadamente 0,15 gal/min). A taxa de recuperação de águaera de aproximadamente 80%. A voltagem aplicada no dispositivo de eletro-desionização durante a operação era de aproximadamente 3 V/ par de célu-las (aproximadamente um total de 60 V). Durante a operação do aparelho depurificação elétrica, a resina dentro do dispositivo de eletrodesionização foiregenerada utilizando uma solução de NaCI de 10% em peso por aproxima-damente trinta minutos uma vez a cada três horas. A resina utilizada erauma mistura de resina SF120 e IRA450, ambas da Rohm e Haas.

O fluxo de alimentação era de água dura que tem aproximada-mente 400 ppm de sais dissolvidos totais ("TDS") incluindo uma dureza deaproximadamente 170 mg/l (aproximadamente 10 gr/gal de dureza), comosegue: 170 ppm de Ca2+, 100 ppm de HCO3", 70 ppm de Mg2+, 160 ppm deNa+, 50 ppm de S042", e 250 ppm de Cl".

Os dados de uma experiência utilizando este aparelho de purifi-cação elétrica estão mostrados nas figuras 5 e 6 para um ciclo típico da ope-ração (aproximadamente 3 horas). Na figura 5, as concentrações de cálciodissolvido estão mostradas durante a experiência para o fluxo de "alimenta-ção" (o líquido 120 na figura 3, que entra do ponto de entrada 125), o fluxode "produto" (isto é, um fluxo purificado, representado como o líquido 370 nafigura 3 saindo para o ponto de utilização 390), e o fluxo de "concentrado"(isto é, água para descarte, representada como o líquido 380 na figura 3 quesai do ponto de utilização 395). O fluxo de alimentação foi mantido em umaconcentração de Ca2+ constante de aproximadamente 170 ppm durante aoperação inteira. Durante a operação, o aparelho de purificação elétrica foicapaz de manter o fluxo de produto em um nível de Ca2+ constante, quasezero durante a operação inteira (isto é, abaixo dos limites de detecção), as-sim mostrando a eficiência do aparelho na remoção de Ca2+ do fluxo de ali-mentação. Pelo menos uma porção do Ca2+ removido pelo aparelho de puri-ficação elétrica apareceu no fluxo de concentrado e pode ser descartada etc.conforme necessário. Na figura 5, isto pode ser visto como concentraçõescrescentes de Ca2+ no concentrado. Quando a concentração de Ca2+ atingeum certo nível (por exemplo 100 ppm), a regeneração da resina pode seriniciada.

A figura 6 ilustra a eficiência do aparelho de purificação elétricana remoção de sal, TOC e Ca2+ do fluxo de alimentação entrada para amesma experiência. A quantidade de remoção de cada espécie (sal, TOC,Ca2+) está expressa na figura 6 como a percentagem da espécie removidada alimentação como indicado pela quantidade da espécie medida no fluxode produto. Durante a experiência, a remoção de Ca2+ da alimentação peloaparelho de purificação elétrica permaneceu muito alta, substancialmentepróximo de 100%. A remoção de sal e de TOC do fluxo de alimentação peloaparelho de purificação elétrica também permaneceu alta, variando entreaproximadamente 95% e aproximadamente 98% de remoção de sal, e entreaproximadamente 80% e aproximadamente 90% de remoção de TOC.

Assim, este exemplo mostra que um aparelho de purificação elé-trica da invenção é capaz de remover eficientemente os íons de dureza, ossais, e os orgânicos de um fluxo de alimentação.

Exemplo 2

A figura 7 ilustra outra experiência que utiliza um aparelho depurificação elétrica similar àquele descrito no Exemplo 1 e ilustrado na figura3, mas, comparado com as condições de operação do Exemplo 1, no pre-sente exemplo, o sistema foi operado com uma concentração um poucomais baixa de Ca2+ no fluxo de alimentação, aproximadamente 16 ppm. Asconcentrações de íons restantes eram como segue: 100 ppm de HCO3",70ppm de Mg2+, 160 ppm de Na+, 50 ppm de S042", e 96 de Cl". A solução deregeneração era de 10% em peso de NaCI, aplicada por 30 minutos na resi-na a cada seis horas. Uma experiência foi executada por aproximadamente6 horas, e alguns dos dados de um ciclo da experiência estão apresentadosna figura 7.

Foi observado que, apesar da concentração de Ca2+ na alimen-tação permanecer constante durante a experiência em aproximadamente 16ppm, o aparelho de purificação elétrica foi capaz de remover praticamentetodo o Ca2+ do fluxo de alimentação, resultando em um fluxo de produto ("di-luído"), geralmente tendo uma concentração insignificante de Ca2+ (isto é,abaixo dos limites de detecção). Parte do Ca2+ removido do fluxo de alimen-tação pelo aparelho de purificação elétrica pareceu ter aparecido no fluxo dedescarte ("cone").

Assim, neste exemplo, um aparelho de purificação elétrica dainvenção foi demonstrado exibir uma alta capacidade de remover os íons dedureza e os orgânicos de um fluxo de alimentação por períodos de tempoprolongados.

Exemplo 3

Este exemplo ilustra a utilização essencialmente contínua decertos aparelhos de purificação elétrica, de acordo com várias modalidadesda invenção. Um aparelho de purificação elétrica foi montado, similar àqueleilustrado na figura 3. O aparelho de purificação elétrica incluía um dispositivode eletrodesionização, o qual incluía cinco pares de células (isto é, cincopares de çompartimentos de concentração e de diluição). Cada uma dascélulas tinha espessura de aproximadamente 0,23 cm (aproximadamente0,09 pol.), e um comprimento de percurso de fluxo de aproximadamente 38cm (aproximadamente 15 pol.). As condições de operação do dispositivo deeletrodesionização foram determinadas de modo que o dispositivo era capazde produzir uma taxa de fluxo de produto de aproximadamente 0,4 l/m. Avoltagem aplicada no dispositivo de eletrodesionização durante a operaçãoera de aproximadamente 3 V/ par de células (aproximadamente um total de30 V). O fluxo de alimentação introduzido no aparelho de purificação elétricaera de água dura incluindo aproximadamente 200 ppm de TDS, que incluiuma dureza de aproximadamente 17 mg/l de CaCC*3 (aproximadamente 1gr/gal de dureza).

No aparelho de purificação elétrica, a resina dentro do dispositi-vo de eletrodesionização foi regenerada por aproximadamente trinta minutosutilizando uma solução de sal concentrada a cada seis horas durante umaoperação essencialmente contínua pela inversão da polaridade de voltagemdentro do dispositivo de eletrodesionização, assim como as entradas dosfluxos de alimentação e de regeneração para dentro do dispositivo de eletro-desionização. Em cada célula, o líquido flui do topo da célula, para o fundoda célula; então o líquido entrado na próxima célula, no fundo, e flui para otopo. A solução de regeneração era de 10% em peso de NaCI, aplicada por30 minutos. Entre os ciclos de regeneração, o dispositivo de eletrodesioniza-ção foi usado para purificar o fluxo de alimentação, como em um modo simi-lar àquele anteriormente descrito no Exemplo 1. Os dados que ilustram aremoção de NaCI do fluxo de alimentação das experiências que utilizam aregeneração inventiva do meio estão mostrados nas figuras 8 e 9. Os dadosnestas figuras são traçados como a percentagem da quantidade de sal re-movida do fluxo de produto, comparada com a quantidade no fluxo de ali-mentação, em relação ao tempo.

A figura 8 ilustra os dados para uma experiência onde o disposi-tivo de eletrodesionização foi cheio com uma resina de cátions SF-120 euma resina de ânions IRA-458 (Rohm and Haas, Filadélfia, Pensilvânia). Osdados são apresentados do nono e décimo dias de uma operação essenci-almente contínua do aparelho de purificação elétrica (o aparelho de purifica-ção elétrica foi mantido durante as mesmas condições de operação para osdias precedentes, incluindo a inversão de polaridade periódica como acimadescrito, dados não mostrados). A percentagem de remoção de sal duranteo nono e o décimo dias permaneceu muito alta, tipicamente maior do queaproximadamente 95%, exceto por breves períodos onde a resina foi recar-regada utilizando a solução de sal concentrada. Estes breves períodos apa-recem no gráfico a cada seis horas, quando a resina foi regenerada por trintaminutos. Dados de remoção de sal similares (não mostrados) para os dias 1-8 foram também observados.

A figura 9 ilustra outra experiência na qual o dispositivo de ele-trodesionização foi cheio com uma resina de cátion SST-60 e uma resina deânion A-860 (Purolite, Bala Cynwyd, Pensilvânia). Os dados são apresenta-dos do décimo sétimo dia de uma operação essencialmente contínua do a-parelho de purificação elétrica. Estas resinas também mostraram uma altapercentagem de remoção de sal, mesmo após uma operação essencialmen-te contínua por mais do que dezessete dias. Tipicamente, a percentagem deremoção de sal permaneceu maior do que aproximadamente 98% durante ocurso da experiência, exceto para os períodos de regeneração quando aresina foi recarregada utilizando uma solução de sal concentrada. Como an-tes, a resina foi regenerada por trinta minutos a cada seis horas. Os dadospara os dias 1-16 (não mostrados) ilustram características de remoção desal similares para o aparelho de purificação elétrica.

Assim, este exemplo mostra que um o aparelho de purificaçãoelétrica da invenção pode ser utilizada em uma base essencialmente contí-nua por períodos de tempo prolongados.

Exemplo 4

Este exemplo ilustra a remoção de Ca2+ de um exemplo de umdispositivo de eletrodesionizaçao da invenção, com e sem regeneração domeio dentro do dispositivo de eletrodesionizaçao. Neste exemplo a água dealimentação tendo uma concentração de Ca2+ de aproximadamente 105 ppmfoi introduzida em um dispositivo de eletrodesionizaçao que tem uma confi-guração similar àquela mostrada na figura 3. O dispositivo de eletrodesioni-zaçao foi preparado para prover a inversão de polaridade. A taxa de fluxo deentrada era de aproximadamente 3 l/min (aproximadamente 0,8 gal/min). Asoutras condições eram similares àquelas descritas no Exemplo 1. A resinafoi regenerada pela exposição da resina a uma solução de 10% em peso deNaCI por aproximadamente trinta minutos.

Os dados de concentração de Ca2+ de uma experiência que utili-za este dispositivo de eletrodesionizaçao estão mostrados na figura 10, paraduas experiências separadas, cada uma utilizando uma resina nova (isto é,não anteriormente utilizada). Na primeira experiência, a resina foi regenera-da como acima descrito 1 hora de purificação de água de alimentação (indi-cado por diamantes sólidos). O intervalo de 30 minutos nos dados, que co-meça em aproximadamente 60 minutos, indica quando a regeneração daresina foi executada e a polaridade do dispositivo de eletrodesionizaçao foiinvertida. Na segunda experiência, uma resina nova foi utilizada para purifi-car a água de alimentação, mas a regeneração não foi executada (indicadopor triângulos vazios). A curta interrupção nos dados em aproximadamente60 minutos indica onde a polaridade do dispositivo de eletrodesionização foiinvertida. Também traçada no gráfico 10 está a concentração de alimenta-ção para estas experiências (indicada por quadrados cheios). A concentra-ção de Ca2+ na água de alimentação permaneceu constante através de cadaexperiência.

A concentração de Ca2+ encontrada no produto após a regene-ração da resina e a inversão de polaridade foi descoberta ser significativa-mente menor se comparada com a concentração de Ca2+ em uma experiên-cia similar onde a inversão de polaridade ocorreu mas a resina não foi rege-nerada quando da exposição a uma solução de sal. Assim, a regeneraçãoda resina dentro do dispositivo de eletrodesionização aperfeiçoou a remoçãode Ca2+. Ainda, a concentração de Ca2+ dentro do produto, após a inversãode polaridade e a regeneração da resina foi descoberta ser comparável coma resina nova, como visto na figura 10.

Exemplo 5

Este exemplo ilustra a utilização de um dispositivo de eletrodesi-onização da invenção por períodos de tempo prolongados. Um aparelho depurificação elétrica foi preparado, tendo uma configuração similar àquelailustrada na figura 15. O sistema foi alimentado com água dura (uma durezade aproximadamente 150 ppm de CaC03 uma alcalinidade de aproximada-mente 100-175 CaCÜ3 e uma condutividade de aproximadamente 500 a a-proximadamente 700 microSiemens/cm).

Os dados de desempenho para este sistema estão ilustrados nafigura 16, cobrindo mais do que nove meses de operação. Nesta figura, aremoção de sal mostrada é o número médio para o ciclo, quando o líquidode produto é produzido (aproximadamente nove horas entre as regenera-ções de sal). A recuperação de água mostrada no gráfico é a razão entre ovolume de água do produto produzido pelo dispositivo de eletrodesionização,dividido pela quantidade total de líquido alimentada para o sistema. O pontode ajuste para a condutividade do produto foi ajustado em 30 microSie-mens/cm. Qualquer água produzida que tivesse uma condutividade maior doque este valor foi retornada para o tanque de alimentação e não contadacomo produto. As leituras foram tomadas periodicamente, aproximadamenteuma vez a cada três ou quatro dias.

Na figura 17, a condutividade da água introduzida no dispositivode eletrodesionização, e da água que sai do dispositivo de eletrodesioniza-ção como água purificada está mostrada ao longo de um curso de tempo dediversos ciclos como um exemplo do desempenho do dispositivo. Os picosmostrados na figura 17 são os momentos quando a polaridade do eletrododentro do dispositivo de eletrodesionização foi invertida, temporariamenteresultando na água tendo uma condutividade que excede o ponto de ajuste.Como acima discutido, esta água foi reciclada para o tanque de alimentação,e não utilizada como líquido de produto.

Como um exemplo da água típica produzida utilizando este apa-relho, para um líquido de alimentação que tem uma condutividade de 545microSiemens/cm, um TOC de 1,56 ppm, e uma concentração de cálcio de67 ppm, em uma experiência, o líquido de produto tinha uma condutividadede 5,8 microSiemens/cm, um TOC de 0,23 ppm, e concentrações de íons decálcio abaixo do limite de detecção. Em outra experiência, a água de produtotinha uma condutividade 6,3 microSiemens/cm, um TOC de 0,24 ppm, e umaconcentração de cálcio abaixo do limite de detecção.

Apesar de diversas modalidades da presente invenção teremsido aqui descritas e ilustradas, aqueles versados na técnica prontamenteimaginarão uma variedade de outros meios e/ou estruturas para executar asfunções e/ou obter os resultados e/ou uma ou mais das vantagens aqui des-critas, e cada uma de tais variações e/ou modificações são consideradasestarem dentro do escopo da presente invenção. Mais geralmente, aquelesversados na técnica prontamente apreciarão que todos os parâmetros, di-mensões, materiais, e configurações aqui descritos pretendem ser exempla-res e que os parâmetros, dimensões, materiais, e/ou configurações reaisdependerão da aplicação ou aplicações específicas para as quais os ensi-namentos da presente invenção é/são utilizados. Aqueles versados na técni-ca reconhecerão, ou serão capazes de confirmar utilizando não mais do queuma experiência de rotina, muito equivalentes das modalidades específicasda invenção aqui descritas. Deve, portanto, ser compreendido que as moda-lidades acima são apresentadas como exemplos somente e que, dentro doescopo das reivindicações anexas e seus equivalentes, a invenção pode serpraticada de outro modo que como especificamente descrita e reivindicada.A presente invenção está direcionada para cada característica individual,sistema, artigo, material, kit, e/ou método aqui descrito. Além disso, qualquercombinação de duas ou mais tais características, artigos, materiais, kits,e/ou métodos, se tais características, artigos, materiais, kits, e/ou métodosnão forem mutuamente inconsistentes, está incluída dentro do escopo dapresente invenção.

Todas as definições, como aqui definidas e utilizadas, devem sercompreendidas controlar sobre as definições de dicionário, as definições emdocumentos incorporados por referência e/ou significados comuns dos ter-mos definidos.

Os artigos indefinidos "um", como aqui utilizados na especifica-ção e nas reivindicações, a menos que claramente indicado ao contrário,devem ser compreendidos significar "pelo menos um".

A frase "e/ou", como aqui utilizada na especificação e nas reivin-dicações, deve ser compreendida significar "qualquer ou ambos" os elemen-tos assim associados, isto é, elementos que estão conjuntamente presentesem alguns casos e separadamente presentes em outros casos. Outros ele-mentos podem opcionalmente estar presentes outros que os elementos es-pecificamente identificados pela cláusula "e/ou", sendo relacionados ou nãorelacionados com aqueles elementos especificamente identificados. Assim,como um exemplo não limitante, uma referência a "A e/ou B", quando utili-zada em conjunto com uma linguagem de final aberto tal como "compreen-dendo" pode referir, em uma modalidade, a A somente (opcionalmente inclu-indo outros elementos do que B); em outra modalidade, a B somente (opcio-nalmente incluindo outros elementos do que A); em ainda outra modalidade,tanto a A quanto B (opcionalmente incluindo outros elementos); etc.

Como aqui utilizado na especificação e nas reivindicações, "ou"deve ser compreendido ter o mesmo significado que "e/ou" como acima de-finido. Por exemplo, quando separando os itens em uma lista, "ou" ou "e/ou"deve ser interpretado como sendo inclusivo, isto é, a inclusão de pelo menosum, mas também incluindo mais do que um, de um número ou lista de ele-mentos, e, opcionalmente, itens não listados adicionais. Somente os termosclaramente indicados o contrário, tais como "somente um de" ou "exatamen-te um de", ou, quando utilizado nas reivindicações, "consistindo em", referi-rão à inclusão de exatamente um elemento de um número de lista de ele-mentos. Em geral, o termo "ou" como aqui utilizado deve somente ser inter-pretado como indicando alternativas exclusivas (isto é, "um ou o outro masnão ambos") quando precedido por termos de exclusividade, tais como"qualquer", "um de", "somente um de", ou "exatamente um de". "Consistindoessencialmente em", quando utilizado nas reivindicações deve ter o seu sig-nificado comum como utilizado no campo das leis de patente.

Como aqui utilizado na especificação e nas reivindicações, afrase "pelo menos um", em referência a uma lista de um ou mais elementos,deve ser compreendida significar pelo menos um elemento selecionado dequalquer um ou mais dos elementos na lista de elementos, mas não neces-sariamente incluindo pelo menos um de cada e todo elemento especifica-mente listado na lista de elementos e não excluindo nenhuma combinaçãode elementos na lista de elementos. Esta definição também permite que oselementos possam opcionalmente estar presentes outros do que os elemen-tos especificamente identificados dentro da lista de elementos à qual a frase"pelo menos um" refere-se, sendo relacionado ou não relacionado com a-queles elementos especificamente identificados. Assim, como um exemplonão limitante, "pelo menos um de A e B" (ou equivalentemente, "pelo menosum de A ou B", ou, equivalentemente "pelo menos um de A e/ou B") podereferir, em uma modalidade, a pelo menos um, opcionalmente incluindo maisdo que um, A, sem nenhum B presente (e opcionalmente incluindo elemen-tos outros do que B); em outra modalidade, a pelo menos um, opcionalmenteincluindo mais do que um, B, sem nenhum A presente (ou opcionalmenteincluindo elementos outros do que A); em ainda outra modalidade, a pelomenos um, opcionalmente incluindo mais do que um, A, e pelo menos um,opcionalmente incluindo mais do que um, B (e opcionalmente incluindo ou-tros elementos); etc.

Deve também ser compreendido que, a menos de claramenteindicado ao contrário, em quaisquer métodos aqui reivindicados que incluammais do que um ato, a ordem dos atos do método não está necessariamentelimitada à ordem na qual os atos do método estão apresentados.

Nas reivindicações, assim como na especificação acima, todasas frases transicionais tais como "compreendendo", "incluindo", "executan-do", "tendo", "contendo", "envolvendo", "prendendo", e similares devem sercompreendidas serem de final aberto, isto é, significar incluindo mas nãolimitado a. Somente as frases transicionais "consistindo em" e "consistindoessencialmente em" devem ser frases transicionais fechadas ou semifecha-das, respectivamente, como apresentado no Manual do Escritório de Paten-tes dos Estados Unidos de Procedimentos de Exame de Patentes, Seção2111.03.

Claims

1. Método que compreende os atos de:prover um dispositivo de eletrodesionização que compreende ummeio de adsorção dentro de pelo menos um compartimento; eregenerar pelo menos uma porção do meio de adsorção dentrodo, pelo menos um, compartimento do dispositivo de eletrodesionização an-tes do meio de adsorção atingir a sua capacidade de adsorção máxima parapelo menos uma espécie-alvo selecionada.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo:determinar um parâmetro indicativo de um grau de saturação domeio de adsorção contido no compartimento com a, pelo menos uma, espé-cie-alvo selecionada; eregenerar o meio de adsorção contido no compartimento quandoo parâmetro atende um critério selecionado.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o meio deadsorção compreende um meio de troca de cátions.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o meio deadsorção compreende um meio de troca de ânions.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, em que, a pelo me-nos uma, espécie-alvo selecionada compreende o Ca2+.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, em que, a pelo me-nos uma, espécie-alvo selecionada compreende o Mg2+.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, em que, a pelo me-nos uma, espécie-alvo selecionada compreende uma molécula orgânica.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, em que, a pelo me-nos uma, espécie-alvo selecionada compreende um ácido orgânico.

9. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o critérioselecionado compreende uma indicação de no máximo 90% de saturação domeio de adsorção contido no compartimento com a espécie-alvo.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, em que o critérioselecionado compreende uma indicação de no máximo 75% de saturação domeio de adsorção contido no compartimento com a espécie-alvo.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, em que o critérioselecionado compreende uma indicação de no máximo 50% de saturação domeio de adsorção contido nocompartimento com a espécie-alvo.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o critérioselecionado compreende uma indicação de no máximo 20% de saturação domeio de adsorção contido no compartimento com a espécie-alvo.

13. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o ato deregeneração é executado até que pelo menos aproximadamente 50% da,pelo menos uma, espécie-alvo selecionada adsorvida sobre o meio de trocade íons tenha sido dessorvida.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, em que o ato deregeneração é executado até que pelo menos aproximadamente 70% da,pelo menos uma, espécie-alvo selecionada adsorvida sobre o meio de trocade íons tenha sido dessorvida.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, em que o ato deregeneração é executado até que pelo menos aproximadamente 90% da,pelo menos uma, espécie-alvo selecionada adsorvida sobre o meio de trocade íons tenha sido dessorvida.

16. Método para regenerar um meio de troca de íons, que com-preende os atos de:prover um dispositivo de eletrodesionização que contém ummeio de adsorção que compreende adsorção do mesmo a, pelo menos uma,espécie-alvo;expor o meio de adsorção a um primeiro líquido de dessorçãoque compreende uma espécie regeneradora em uma primeira concentração,o líquido de dessorção capaz de remover uma primeira espécie-alvo do meiode adsorção; eexpor o meio de adsorção a um segundo líquido de dessorçãoque compreende a espécie regeneradora em uma segunda concentração, olíquido de dessorção capaz de remover a segunda espécie-alvo do meio deadsorção.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, em que o líquidocompreende o Na+ dissolvido.

18. Método de acordo com a reivindicação 16, em que o líquidocompreende o Cl" dissolvido.

19. Método de acordo com a reivindicação 16, em que a espécieregeneradora compreende um sal.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, em que a segun-da concentração é maior do que aproximadamente 5% em peso.

21. Método de acordo com a reivindicação 16, em que a primeiraespécie-alvo selecionada é aniônica.

22. Sistema, que compreende:um dispositivo de eletrodesionização configurado para conter ummeio de adsorção; eum controlador configurado para facilitar a dessorção de umafração substancial de um íon alvo adsorvido no meio de adsorção pela intro-dução de um líquido no dispositivo de eletrodesionização.

23. Sistema de acordo com a reivindicação 22, em que o meiode adsorção compreende um meio de troca de íons.

24. Sistema de acordo com a reivindicação 22, ainda compreen-dendo um sensor capaz de determinar uma propriedade de um líquido den-tro e/ou emitido do dispositivo de eletrodesionização.