ES2709890T3 - Aparato y método para tratar un líquido acuoso - Google Patents
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Abstract
Aparato para acondicionar un líquido acuoso, que incluye: al menos una entrada (1; 1'); al menos un dispositivo de tratamiento de líquido (7; 7') para el tratamiento de líquido por intercambio iónico que incluye un material de intercambio catiónico del que al menos una parte está en forma de hidrógeno y es eficaz para liberar hidrógeno en intercambio para los cationes de minerales de carbonato en el líquido a tratar para aumentar la cantidad de dióxido de carbono libre; un dispositivo de filtración de membrana (16; 16') para filtrar sales del líquido; y una sección dispuesta para procesar producto filtrado producido por el dispositivo de filtración de membrana (16; 16'), dicha sección incluye un dispositivo de tratamiento de líquido (21; 21') para disolver al menos un mineral que contribuye a dureza de carbonatos en agua a al menos algo del líquido que pasa a través de la sección, caracterizado por que al menos una de la al menos una entrada (1; 1') se conecta a una entrada (15; 15') del dispositivo de filtración de membrana (16; 16') por medio de al menos uno del al menos un dispositivo de tratamiento de líquido (7; 7') para el tratamiento de líquido por intercambio iónico, en que el aparato forma un sistema cerrado suficientemente para impedir desgasificar el dióxido de carbono, y en que la al menos una membrana en el dispositivo de filtración de membrana es permeable a dióxido de carbono.
Description
DESCRIPCION
Aparato y metodo para tratar un Ifquido acuoso
La invencion esta relacionada con un aparato para acondicionar un Ifquido acuoso segun el preambulo de la reivindicacion 1.
La invencion tambien esta relacionada con un metodo para acondicionar un lfquido acuoso segun el preambulo de la reivindicacion 12.
El documento US 5.174.901 describe un sistema purificador de lfquido. Primero se pasa agua a traves de un filtro de arena, donde se retira materia particulada. El agua atraviesa entonces un filtro de carbono, donde se retira exceso de cloro y/o de trihalometanos. A continuacion atraviesa un descalcificador de agua para retirada de metales divalentes, tales como calcio, magnesio, hierro y manganeso. Siguiendo este pretratamiento, el agua pasa a un tanque de almacenamiento, desde donde es bombeada a una unidad de osmosis inversa. La unidad de osmosis inversa se disena para recuperar porcentajes variables del agua bombeada a traves de la unidad. Desde la unidad de osmosis inversa, el agua atraviesa una resina de intercambio cationico fuertemente acida, que convierte los solidos totales disueltos en el agua desde una sal a un acido en una cantidad proporcional a los aniones presentes en el efluente. El agua acidificada atraviesa luego un lecho de carbonato de calcio puro, lo que neutraliza el agua.
El documento WO 2014/093049 A1 describe un sistema de produccion de agua que se configura para instalacion bajo una encimera. El sistema incluye un adaptador que se configura para conexion a un suministro de agua domestico de lado fno. Un filtro que se acopla para trasmision de fluidos al adaptador filtra el agua de modo que no lo atraviesan partfculas de mas de 5 micrometros. Al filtro se conecta un filtro adicional que contiene un material metalico y bioestatico tal como KDF o uno de sus sustitutos que elimina cloro por medio de una reaccion redox que cambia el cloro a cloruro y tambien un carbono activado mejorado especial. Para trasmision de fluidos conectados al agua [sic] desde el filtro adicional a traves de una valvula hay un alojamiento o alojamientos cilmdricos que contienen una membrana o membranas de osmosis inversa. El agua desde la valvula fluye axialmente a traves de la membrana y se divide en dos caminos internamente. Un camino es para drenar. Al otro flujo desde el conjunto membrana/alojamiento se le hace referencia como agua de producto. Esta agua sale del alojamiento a traves de una valvula de retencion. El flujo de producto despues de la valvula de retencion se conecta para trasmision de fluidos a la valvula de cierre y desde a h se conecta para trasmision de fluidos a un filtro de cartucho de resina de cationes. El agua que entra al filtro se expone primero a una resina de cationes donde todos solidos disueltos restantes con una valencia positiva se intercambian por iones de hidrogeno. El agua acida resultante atraviesa entonces un volumen de resina de aniones especial. Esta resina eliminara aniones, neutralizando asf los acidos, excepto por la parte suave de dioxido de carbono del acido carbonico que se desea que produzca una qmmica resultante deseada del agua acabada para el usuario. Agua que sale del filtro de cartucho de resina de cationes se conecta para trasmision de fluidos a una version duplicada de pulido del filtro de cartucho de resina de cationes. Incluso un filtro adicional se conecta para trasmision de fluidos a la version duplicada de pulido del filtro de cartucho de resina de cationes y contiene una sal de magnesio. Como el agua del filtro de pulido es como el agua del filtro de cartucho de resina de cationes en que contiene acido carbonico suave, los depositos de cal se disuelven lentamente, impartiendo asf bicarbonato de magnesio al agua. Una valvula para trasmision de fluidos conecta la entrada a la salida del filtro que contiene la sal de magnesio, permitiendo que un usuario final controle de manera variable el grado de bicarbonato de magnesio en el agua. Cuando la valvula esta totalmente cerrada, toda el agua pasara a traves del filtro, maximizando asf la concentracion. Cuando la valvula esta totalmente abierta, virtualmente todo el agua baipaseara el filtro debido a la cafda de presion provocada por la necesidad de que agua pase a traves de los medios, minimizando asf la presencia de bicarbonato de magnesio.
Un problema de este conocido sistema es que no es muy eficaz para aumentar la concentracion de bicarbonato de magnesio, en particular para ciertos tipos de agua de la red. Asf, el agua puede tener un menor contenido mineral que el recomendado para ciertas aplicaciones.
Un objetivo de la invencion es proporcionar un aparato y un metodo de los tipos relatados anteriormente en los parrafos de apertura que permitan que el contenido mineral del lfquido tratado por filtracion en membrana sea filtrado una magnitud deseada.
Esto objeto se logra segun un primer aspecto mediante el aparato segun la invencion, que esta definido en la reivindicacion 1.
El dispositivo de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico es eficaz para liberar hidrogeno en intercambio por los cationes de minerales de carbonato en el lfquido a tratar, aumentando asf la cantidad de dioxido de carbono libre en el lfquido. El aparato forma un sistema esencialmente cerrado, de modo que el dioxido de carbono no se desgasifica, sino que permanece en el lfquido. El dispositivo de filtracion de membrana filtrara sales del lfquido. La membrana o membranas en el dispositivo de filtracion de membrana, sin embargo, son permeables a dioxido de carbono. El dispositivo de tratamiento de lfquido sena menos eficaz si se situara aguas abajo del dispositivo de filtracion de membrana o en un conducto de recirculacion del dispositivo de filtracion de membrana, porque el dispositivo de filtracion de membrana ya habna retirado la mayor parte de los iones contra los que se podna intercambiar el hidrogeno. Asf, la posicion aguas arriba permite una concentracion mas alta de dioxido de carbono
libre. Esto a su vez permite una concentracion mas alta del mineral o minerales que contribuyen a la dureza de carbonatos en el lfquido tratado en el dispositivo de tratamiento de lfquido para disolver al menos un mineral que contribuye a la dureza de carbonatos en agua. Como efecto secundario, se contrarresta mas eficazmente la formacion de depositos de cal de las membranas en el dispositivo de filtracion de membrana. Anadir CO2 libre usando un dispositivo de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico que incluye un material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno es mas eficiente que anadir CO2 como gas, p. ej. desde una botella. Esto es porque la concentracion de CO2 libre se tiene que establecer en valores en el intervalo de mg l-1, es decir, concentraciones relativamente bajas, relativamente con precision. El gas embotellado unicamente se puede usar para establecer concentraciones en el intervalo de g l-1. Practicamente, por lo tanto, anadir CO2 desde una botella significana tener que desgasificar el lfquido en una magnitud controlada, lo que llevana a un aparato mas complicado.
El aparato segun la invencion se puede usar para acondicionar agua potable, p. ej. agua potable de la red. Puede ser usado para tratar agua potable de la red para hacerla menos corrosiva en areas donde el agua potable de la red es agua de dunas procesada, porque dicha agua potable tiene un alto nivel de sal (principalmente cloruro de sodio). Si el dispositivo de filtracion de membrana es eficaz para retirar la sal, que lleva a agua potable con bajo contenido mineral, se tiene que disolver una cantidad relativamente grande de minerales a fin de proporcionar agua potable con propiedades aceptables. Entonces es importante convertir en CO2 libre la maxima cantidad posible de iones de carbonatos originalmente presentes en el agua, en lugar de ser filtrados por el dispositivo de filtracion de membrana.
En una realizacion, el al menos un dispositivo de tratamiento de lfquido por medio del que se conectan las entradas incluye resina de intercambio cationico debilmente acida de la que al menos una parte esta en forma de hidrogeno.
La resina de intercambio cationico debilmente acida no reduce el pH tanto como la resina de intercambio cationico fuertemente acida. Esto ayuda a prolongar la vida util de la membrana o membranas. Ademas, la resina de intercambio cationico debilmente acida no intercambia hidrogeno por cationes de todas sales sino generalmente unicamente por cationes de sales de carbonato y bicarbonato. Asf, parar una capacidad de tratamiento dada de la resina se genera mas CO2 libre. Mas CO2 libre significa que en el lfquido producido por el aparato se puede lograr una concentracion mas alta de minerales que contribuyen a la dureza de carbonatos en agua. Mas CO2 libre en el lfquido a tratar por el dispositivo de filtracion de membrana tambien significa que se contrarresta mas eficazmente la formacion de depositos de cal de la membrana o membranas del dispositivo de filtracion de membrana. Ademas, la capacidad volumetrica de intercambio ionico es generalmente mas alta que la de resinas de intercambio cationico fuertemente acidas. Tambien, si la resina tiene grupos funcionales carboxilo, entonces la selectividad hacia calcio y magnesio es relativamente alta.
En una realizacion, el al menos un dispositivo de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico incluye al menos un cartucho sustituible de tratamiento de lfquido que aloja el material de intercambio cationico.
Esta realizacion hace posible usar material de intercambio cationico que no se regenera o acondiciona facilmente en un punto de uso. Este sera el caso generalmente, porque al menos una parte del material de intercambio cationico esta en forma de hidrogeno. Este material se regenerara usualmente usando acido clorhudrico. El cartucho sustituible de tratamiento de lfquido se puede conectar en comunicacion de lfquidos con una pieza de cabezal que tiene una entrada en comunicacion de lfquidos con la entrada de aparato y una salida en comunicacion de lfquidos con una entrada del dispositivo de filtracion de membrana. La conexion a conductos que establecen la comunicacion de lfquidos puede ser generalmente permanente, que p. ej. requiere herramientas para deshacerla. Por otro lado, una interfaz mecanica facilita el trabado y la liberacion del cartucho de tratamiento de lfquido a la pieza de cabezal, p. ej. sin el uso de herramientas.
En una realizacion, al menos una de la al menos una entrada del aparato se conecta a una entrada del dispositivo de filtracion de membrana por medio de un camino de flujo que baipasea al menos una seccion del dispositivo de tratamiento de lfquido que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno.
Esta realizacion puede ayudar a impedir que se disuelva demasiado del mineral. Se forma una menor cantidad de CO2 libre por unidad de volumen de lfquido que fluye a traves del dispositivo de filtracion de membrana. El lfquido que pasa a traves de la seccion que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno se mezcla en una ubicacion de mezcla con lfquido que ha baipaseado esa seccion. Esta ubicacion de mezcla puede estar aguas arriba del dispositivo de filtracion de membrana de modo que unicamente se requiere una conexion al dispositivo de filtracion de membrana. En una variante en la que la seccion que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno esta contenido en un cartucho sustituible de tratamiento de lfquido para conexion a una pieza de cabezal, la ubicacion de mezcla se puede ubicar dentro del cartucho de tratamiento de lfquido. El lfquido que baipasea la seccion que contiene el material de intercambio cationico puede ser tratado por otros medios distintos a intercambio ionico. Puede ser tratado por sorcion para retirar p. ej. metales pesados, contaminantes organicos o contaminacion microbiana, por ejemplo. Tambien puede ser tratado en una seccion que contiene material de intercambio cationico del que una parte mas pequena o esencialmente nada esta en forma de hidrogeno. Si una parte mas pequena esta en forma de hidrogeno, el intercambio de cationes para hidrogeno es menos completo que en la seccion principal, de modo que se genera menos CO2 libre y el proceso de mezcla todavfa da como resultado un nivel global mas bajo de CO2 libre en el lfquido que atraviesa el dispositivo de
filtracion de membrana.
Una variante de esta realizacion incluye al menos un dispositivo, p. ej. un divisor de flujo de ratio variable, para ajustar una ratio de caudal volumetrico entre lfquido que fluye a traves de la seccion del dispositivo de tratamiento de lfquido que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno y lfquido que fluye a lo largo del camino de flujo que baipasea la seccion.
Esta variante permite la regulacion o el control de la dureza de carbonatos de un lfquido acuoso acondicionado producido por el aparato de tratamiento de lfquido. Asf, este parametro se puede variar segun requisitos o ser mantenido constante a pesar de variaciones en la composicion del lfquido suministrado a la entrada del aparato. Cabe senalar que el dispositivo para ajustar una ratio de caudal volumetrico puede funcionar a mano, p. ej. con la ayuda de una tabla que relaciona ajustes del dispositivo con un valor objetivo de una medida de la concentracion de componentes que contribuyen a la dureza de carbonatos.
Una variante particular de esta realizacion incluye un dispositivo de control para proporcionar una senal al dispositivo para ajustar la ratio de caudal volumetrico en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de una medida de una concentracion de componentes en lfquido que incluye al menos componentes que contribuyen a la dureza de carbonatos.
En esta variante, un consumidor de un lfquido acuoso acondicionado suministrado por el aparato de tratamiento de lfquido puede especificar la dureza de carbonatos, p. ej. como valor objetivo o un intervalo objetivo o desde el punto de vista de informacion que permite al dispositivo de control derivar un valor objetivo o intervalo objetivo. Este es convertido luego en un nivel requerido de CO2 libre, que el dispositivo de control provoca que sea generado. La medida puede corresponder a la dureza de carbonatos, p. ej. expresada como °dH o la concentracion equivalente de CaCO3, por ejemplo. Puede ser la conductancia electrica espedfica, p. ej. ajustada para desviaciones de una temperatura de referencia. La medida puede ser la conductancia electrica espedfica medida por un sensor selectivo de iones.
En una variante de la realizacion en la que al menos una de la al menos una entrada del aparato se conecta a una entrada del dispositivo de filtracion de membrana por medio de un camino de flujo que baipasea al menos una seccion del dispositivo de tratamiento de lfquido que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno, el camino de flujo que baipasea la seccion atraviesa una seccion adicional de tratamiento de lfquido, p. ej. una seccion de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por sorcion.
Esta variante ayuda a proteger la membrana o membranas del dispositivo de filtracion. Se pueden retirar componentes que tienen un efecto adverso en la esperanza de vida de la membrana o membranas.
En una variante de este documento, en el que el al menos un dispositivo de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico incluye al menos un cartucho sustituible de tratamiento de lfquido que aloja el material de intercambio cationico, la seccion adicional de tratamiento de lfquido esta contenida en el cartucho sustituible de tratamiento de lfquido.
La seccion de tratamiento adicional puede asf tener una capacidad de tratamiento finita que se agota durante el uso. Cuando se agota, la seccion de tratamiento adicional es sustituida. La capacidad de la seccion que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno y que de la seccion de tratamiento adicional se pueden hacer coincidir al menos aproximadamente. Al combinar ambas secciones de tratamiento en un cartucho, unicamente es necesario proporcionar una pieza de cabezal y set de conductos de conexion.
En una realizacion del aparato en el que el al menos un dispositivo de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico incluye al menos un cartucho sustituible de tratamiento de lfquido que aloja el material de intercambio cationico y al menos una de la al menos una entrada del aparato se conecta a una entrada del dispositivo de filtracion de membrana por medio de un camino de flujo que baipasea al menos una seccion del dispositivo de tratamiento de lfquido que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno, el cartucho de tratamiento de lfquido incluye una ubicacion de mezcla donde el camino de flujo que baipasea la seccion que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno se une a un camino de flujo que se extiende a traves de la seccion que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno.
Esto evita la necesidad de acopladores extra. La pieza de cabezal puede ser relativamente simple y configurarse para conexion a un unico cartucho sustituible de tratamiento de lfquido.
Una realizacion del aparato en el que al menos una de la al menos una entrada del aparato se conecta a una entrada del dispositivo de filtracion de membrana por medio de un camino de flujo que baipasea al menos una seccion del dispositivo de tratamiento de lfquido que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno incluye un divisor de flujo, p. ej. ubicado en una pieza de cabezal para recibir al menos una seccion de un cartucho sustituible de tratamiento de lfquido, para dividir un flujo de lfquido de al menos una de la al menos una entrada en un subflujo que pasa a traves de la seccion que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno y un subflujo que pasa a lo largo del camino de flujo que baipasea la seccion que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de
hidrogeno.
El divisor de flujo puede ser un divisor de flujo de ratio variable para partir un flujo de Kquido entrante en dos subflujos en una ratio determinada por ajustes variables del divisor de flujo, siendo cada subflujo suministrado a traves de una entrada separada del cartucho sustituible de tratamiento de lfquido cuando se conecta a la pieza de cabezal. Una mezcla de lfquidos se devuelve a la pieza de cabezal, desde donde es conducida al dispositivo de filtracion de membrana. El divisor de flujo permite que el aparato tenga unicamente una entrada. El flujo de lfquido a traves de la entrada se parte en dos subflujos dentro del aparato, p. ej. dentro de la pieza de cabezal.
En una realizacion del aparato, el dispositivo de filtracion de membrana se dispone para funcionar en modo de flujo cruzado.
Asf no se requiere reexposicion. En cambio, el dispositivo de filtracion de membrana tiene una entrada, una salida para producto filtrado y una salida para producto retenido, tambien denominado concentrado en caso de dispositivos de filtracion de osmosis inversa. Los componentes rechazados del lfquido son retirados con el producto retenido. El CO2 atraviesa la membrana o membranas con el producto filtrado, mientras que los componentes ionicos son esencialmente retenidos.
Una variante de esta realizacion incluye al menos un dispositivo para ajustar una ratio de recuperacion del dispositivo de filtracion de membrana, p. ej. una resistencia de flujo variable a traves de la que se dispone el aparato para conducir lfquido originado desde una salida de producto retenido del dispositivo de filtracion de membrana.
Esta variante permite ajustar la concentracion de solidos totales disueltos (TDS) del producto filtrado y asf del lfquido acondicionado suministrado por el aparato de tratamiento de lfquido. En particular se puede ajustar en dependencia de la concentracion de componentes que contribuyen a la dureza de carbonatos disueltos en el dispositivo de tratamiento de lfquido aguas abajo del dispositivo de filtracion. Si esto es alto, se pueden reducir los TDS del producto filtrado de modo que los TDS del lfquido acondicionado todavfa esten por debajo de un maximo especificado por el lfquido acondicionado. El al menos un dispositivo para ajustar la ratio de recuperacion incluye al menos un dispositivo para ajustar un diferencial de presion transmembrana. El al menos un dispositivo para ajustar la ratio de recuperacion puede incluir una bomba, p. ej. ubicada entre el dispositivo para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico y la entrada del dispositivo de filtracion de membrana. El al menos un dispositivo para ajustar la ratio de recuperacion puede incluir una resistencia de flujo variable, p. ej. dispuesta aguas abajo de una salida de producto retenido del dispositivo de filtracion de membrana. El al menos un dispositivo para ajustar la ratio de recuperacion puede incluir un dispositivo reductor de presion variable dispuesto aguas arriba de la entrada del dispositivo de filtracion de membrana, p. ej. entre el dispositivo para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico y la entrada del dispositivo de filtracion de membrana.
Una variante de esta realizacion incluye un dispositivo de control para proporcionar una senal a al menos uno del al menos un dispositivo para ajustar la ratio de recuperacion en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de una medida representativa de una concentracion de componentes en lfquido, p. ej. una concentracion total de minerales.
Al dispositivo de control se le puede proporcionar el valor objetivo o intervalo objetivo a traves de una interfaz, p. ej. una interfaz de comunicaciones para recibir una senal de un aparato o una interfaz humano-maquina para recibir aportes de un usuario. Al dispositivo de control se le puede proporcionar como alternativa informacion de la que se puede inferir el valor objetivo o intervalo objetivo, p. ej. informacion que especifica el uso en el que se va a poner el ifquido acondicionado.
En una realizacion, el aparato incluye al menos un dispositivo para ajustar un diferencial de presion transmembrana en el dispositivo de filtracion de membrana.
Esto tambien proporciona medios para variar la concentracion de solidos totales disueltos (TDS) del producto filtrado y asf del lfquido acondicionado suministrado por el aparato de tratamiento de lfquido a ajustar. El dispositivo de ajuste puede ser una bomba o una resistencia de flujo variable.
En una variante de esta realizacion, el aparato incluye un dispositivo de control para proporcionar una senal a al menos un del al menos un dispositivo para ajustar un diferencial de presion transmembrana en el dispositivo de filtracion de membrana en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de una medida de una concentracion de componentes en lfquido, p. ej. una concentracion total de minerales.
En una realizacion del aparato, el dispositivo de filtracion de membrana es uno de una nanofiltracion y un dispositivo de filtracion de osmosis inversa.
La membrana o membranas de esta realizacion pueden tener un tamano de poro de como mucho 10 A o ser tan densas como para ser eficazmente no porosas. El dispositivo de filtracion de membrana de esta realizacion es eficaz para retirar minerales disueltos del lfquido que pasa a traves de el.
En una realizacion del aparato, la seccion para procesar el producto filtrado incluye una seccion que acomoda el al
menos un mineral a disolver, la seccion para procesar el producto filtrado define un camino de flujo que baipasea la seccion que acomoda el al menos un mineral a disolver, y la seccion para procesar el producto filtrado incluye una ubicacion de mezcla para mezclar lfquido llevado a traves de la seccion que acomoda el al menos un mineral a disolver con lfquido llevado a lo largo del camino de flujo que baipasea esa seccion.
Independientemente de la cantidad disponible de CO2 libre, un lfquido acuoso en un sistema cerrado y en equilibrio con un mineral que contribuye a la dureza de carbonatos tendra un pH en una banda relativamente estrecha, siempre que el nivel de CO2 este dentro del intervalo correcto. Es decir, el pH variara relativamente poco con el nivel de CO2 dentro de ese intervalo. Ciertamente, para un mineral tal como carbonato de magnesio, el pH siempre sera aproximadamente 10. Esto corresponde a equilibrio entre HCO3- y CO32-. Para ciertas aplicaciones se requiere un pH mas bajo. Un ejemplo es agua potable para elaborar cafe. El lfquido que baipasea la seccion que acomoda el al menos un mineral a disolver contendra CO2 libre pero estara casi totalmente desmineralizado. Le mezcla permite establecer la dureza de carbonatos en un valor objetivo o dentro de un intervalo objetivo sujeto a restricciones por el pH. Esto es porque el pH no vana de la misma manera que la dureza de carbonatos con el nivel de CO2. Asf, al variar el nivel de CO2 introducido al lfquido y variar la fraccion de mezcla, es alcanzable un intervalo mas ancho de combinaciones de valores de la dureza de carbonatos y el pH del lfquido acondicionado. Los TDS del lfquido se pueden ajustar ajustando el diferencial de presion transmembrana del dispositivo de filtracion de membrana. Asf es posible ajustar independientemente tres parametros de un lfquido acuoso.
En una realizacion, el dispositivo de tratamiento de lfquido para disolver al menos un mineral que contribuye a la dureza de carbonatos incluye al menos un cartucho sustituible de tratamiento de lfquido que incluye al menos una camara que acomoda al menos uno de los minerales.
Esto hace mas facil manejar los minerales en el punto de uso. Por ejemplo, se puede evitar la contaminacion.
Una realizacion del aparato incluye un sistema de sensor para cuantificar una reduccion de la dureza de carbonatos de un lfquido acuoso entre al menos una entrada y la entrada del dispositivo de filtracion de membrana.
La reduccion de la dureza de carbonatos corresponde a un aumento de CO2 libre. Asf, el sistema de sensor proporciona la informacion a partir de la que se puede derivar el aumento en la concentracion de minerales disueltos en el dispositivo de tratamiento de lfquido incluido en la seccion para procesar el producto filtrado producido por el dispositivo de filtracion de membrana. El aumento de CO2 libre se puede estimar determinando la reduccion de la dureza de carbonatos. Una estimacion relativamente precisa tendra en cuenta la ratio de carbonato de magnesio a carbonato de calcio. Tambien es posible determinar la reduccion de la concentracion de carbonato de calcio usando los mismos metodos que estan disponibles para determinar la reduccion de dureza de carbonatos pero con uno o mas sensores selectivos de iones.
En una variante de esta realizacion, el sistema de sensor incluye un sensor aguas abajo del dispositivo de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico, al menos un dispositivo para variar una proporcion de lfquido tratado por el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno en una mezcla de lfquido que incluye ademas lfquido que ha baipaseado el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno y un dispositivo de procesamiento de senal, dispuesto para inferir la reduccion a partir de una variacion en la senal en respuesta a una variacion en la proporcion.
Un metodo para determinar la dureza de carbonatos de lfquido acuoso sin tratar usando unicamente un sensor aguas abajo de un dispositivo de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico y dispuesto para proporcionar una senal representativa de una medida de componentes retirables por el dispositivo de tratamiento de ifquido en la mezcla de lfquido se describe en el documento WO 2014/006128 A1. El metodo para inferir la reduccion a partir de una variacion en la senal en respuesta a una variacion en la proporcion obvia la necesidad de un sensor aguas arriba del dispositivo de tratamiento de lfquido. Asf no es necesario calibrar dos sensores, ni uno de ellos se expone a lfquido completamente sin tratar. El sensor puede ser un sensor de conductancia, opcionalmente selectivo de iones. Puede proporcionar una senal ajustada para desviaciones de una temperatura de referencia y asf incluir un termometro. Esto tiene en cuenta la dependencia de temperatura de los coeficientes de actividad de los iones en el lfquido.
Una realizacion del aparato incluye un sensor para obtener una senal representativa de un parametro al menos dependiente de una concentracion total de los minerales disueltos en lfquido, p. ej. ubicado aguas abajo del dispositivo de filtracion de membrana.
Este puede ser un sensor como se ha descrito anteriormente para uso para determinar la reduccion de la dureza de carbonatos, unicamente posicionado al menos aguas abajo del dispositivo de filtracion de membrana. Si se conoce la concentracion de CO2 libre en el producto filtrado, entonces el sensor se puede colocar aguas arriba del dispositivo de tratamiento de lfquido para disolver al menos un mineral.
Segun otro aspecto, se proporciona un metodo para acondicionar un lfquido acuoso segun la reivindicacion 12.
Con este metodo, se crea CO2 libre y se pasa a traves de la membrana tras lo cual se usa para aumentar la concentracion de minerales disueltos que contribuyen a la dureza de carbonatos.
Una realizacion incluye reducir la dureza de carbonatos del Kquido a traves del tratamiento por intercambio ionico en una magnitud dependiente de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de la dureza de carbonatos en el lfquido acondicionado.
Reducir la dureza de carbonatos, mas espedficamente la concentracion de carbonato de calcio, corresponde a aumentar el nivel de CO2 libre, de modo que realmente corresponda a una dureza de carbonatos mas alta en el lfquido acondicionado. En cualquier caso el producto filtrado tiene una concentracion de minerales reducida.
Una realizacion incluye mezclar el lfquido sometido al tratamiento por intercambio ionico con lfquido que se somete como mucho en menor magnitud al tratamiento por intercambio ionico.
Esta es una manera relativamente eficaz para ajustar la concentracion de CO2 libre en el lfquido sometido a la filtracion en membrana. Como el CO2 libre pasa la membrana o membranas, tambien se ajusta su concentracion en el producto filtrado. De ese modo, se determina la concentracion de minerales disueltos subsiguiente a tratamiento del producto filtrado.
Una variante que incluye reducir la dureza de carbonatos del lfquido a traves del tratamiento por intercambio ionico en una magnitud dependiente de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de la dureza de carbonatos en el lfquido acondicionado y mezclar el lfquido sometido al tratamiento por intercambio ionico con lfquido que se somete como mucho en menor magnitud al tratamiento por intercambio ionico incluye determinar la magnitud de la reduccion, dicha determinacion incluye al menos variar una ratio de mezcla y medir una variacion resultante en un parametro del lfquido mezclado dependiente de al menos una concentracion de componentes retirables al someter el lfquido al tratamiento por intercambio ionico.
Asf, se usa un metodo como se describe, por ejemplo, en el documento WO 2014/006128 A1 para determinar la reduccion de dureza de carbonatos y asf el aumento en CO2 libre. El metodo permite determinar la dureza de carbonatos del lfquido sin tratar. Con conocimiento de la ratio de mezcla y la eficacia de la reduccion de dureza de carbonatos por medio del tratamiento por intercambio ionico (que se puede asumir que es un 100%), se puede cuantificar la reduccion de la dureza de carbonatos.
En una realizacion, lfquido tratado para aumentar la concentracion de al menos un mineral que contribuye a la dureza de carbonatos en agua se mezcla con producto filtrado no tratado asf, en donde se establece una ratio de mezcla en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo del pH del lfquido acuoso acondicionado.
Esta realizacion tiene en cuenta el hecho de que, en un sistema cerrado en equilibrio que se disuelve un mineral de carbonato, el pH sera relativamente alto y este valor sera independiente de la cantidad de CO2 libre anadido. Incluso si el mineral es un mineral de bicarbonato, el pH todavfa puede ser demasiado alto. Para proporcionar al lfquido acondicionado un pH mas bajo, se mezcla con producto filtrado que esencialmente contiene unicamente CO2 libre.
En una realizacion del metodo, el proceso de filtracion en membrana es un proceso de filtracion en membrana de flujo cruzado.
Asf, no hay necesidad de reexposicion.
Una variante de esta realizacion incluye ajustar una ratio de recuperacion del proceso de filtracion en membrana en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de una medida de una concentracion de minerales en el lfquido acondicionado.
Asf, los TDS del lfquido acondicionado se pueden ajustar, p. ej. en dependencia tambien de la concentracion de componentes que contribuyen a la dureza de carbonatos.
Una realizacion del metodo con un efecto similar incluye ajustar un diferencial de presion transmembrana en el dispositivo de filtracion de membrana en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de una medida de una concentracion de minerales en el lfquido acondicionado.
Una realizacion del metodo incluye el uso de un aparato segun la invencion.
La invencion se explicara en detalle adicional con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es un diagrama esquematico de un aparato de tratamiento de lfquido;
la figura 2 es un diagrama que muestra la distribucion de especies de carbonato como fraccion de carbonato total disuelto en relacion al pH de solucion; y
la figura 3 es un diagrama esquematico de un aparato alternativo de tratamiento de lfquido.
Un aparato de tratamiento de lfquido para el tratamiento de un lfquido acuoso incluye una entrada 1 y una salida 2. El lfquido puede ser agua potable de la red, en cuyo caso la entrada 1 puede incluir un acoplador para conectar el aparato al suministro de agua potable de la red. La salida 2 puede incluir al menos un acoplador para conectar el aparato a
uno o mas conductos para conducir Ifquido a uno o mas aparatos (no se muestran). Un ejemplo de este tipo de aparato es una cafetera, p. ej. para un establecimiento de catering.
El aparato se configura para permitir al lfquido acuoso satisfacer varios requisitos simultaneamente. Este es el caso incluso si el lfquido recibido en la entrada es relativamente salino, tal como podna ser el caso para agua potable en regiones costeras. Los requisitos son el pH, los TDS (solidos totales disueltos) y la dureza de carbonatos (tambien se le hace referencia como alcalinidad o dureza temporal).
En la realizacion ilustrada, el aparato incluye una interfaz 3 para recibir informacion que es directamente representativa de los valores objetivo o permite que estos valores objetivo sean inferidos. Un ejemplo de lo ultimo sena una especificacion del tipo de aparato a que se conecta la salida 2 para suministrar el lfquido tratado.
La informacion recibida a traves de la interfaz 3 se pasa a un dispositivo de control 4 para controlar el funcionamiento del aparato de tratamiento de lfquido.
El aparato incluye ademas un primer sensor de conductividad 5 y un segundo sensor de conductividad 6, que se disponen para proporcionar senales al dispositivo de control 4. Al menos el primero de los sensores de conductividad primero y segundo 5, 6 puede ser selectivo de iones, de modo que la senal corresponde a una medida de una concentracion de un subconjunto de especies de iones en el lfquido, p. ej. una medida de la concentracion de unicamente carbonato de calcio. Generalmente, sin embargo, el metodo para hacer funcionar el aparato de tratamiento de lfquido no requiere dichos sensores, que son mas caros que los sensores de conductividad que no son espedficos de iones. La senal proporcionada por al menos uno de los sensores 5, 6 puede ser una senal ajustada para desviaciones de una temperatura de referencia (p. ej. 25° C), por lo que se aproxima mas de cerca a la concentracion ionica. En otra realizacion, el dispositivo de control hace el ajuste sobre la base de una senal de un termometro separado (no se muestra). El ajuste tambien puede ser descartado, dependiendo del grado de precision deseado.
El aparato de tratamiento de lfquido incluye un primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7 que incluye una primera pieza de cabezal 8 y un primer cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 9. El primer cartucho 9 tiene al menos dos lumbreras de entrada y al menos una lumbrera de salida. El primer cartucho 9 es conectable a la primera pieza de cabezal 8 de manera que es sostenido a la primera pieza de cabezal 8 y se establece comunicacion de lfquidos sellada entre las entradas del primer cartucho 9 y respectivas salidas de la primera pieza de cabezal 8 y entre la salida o salidas del primer cartucho 9 y un correspondiente numero de respectivas entradas de la primera pieza de cabezal 8. Esto es interrumpible al liberar el primer cartucho 9 de la primera pieza de cabezal 8. La conexion y la configuracion de la primera pieza de cabezal 8 y el primer cartucho 9 pueden ser como se describe en el documento WO 2008/122496 A1, por ejemplo.
La primera pieza de cabezal 8 se conecta de manera esencialmente permanente a la entrada 1 por medio de un unico conducto. La primera pieza de cabezal 8 incluye un primer divisor de flujo de ratio variable 10 para separar un flujo de lfquido entrante para ser tratado en dos subflujos, cada uno proporcionado a una respectiva lumbrera de entrada separada del primer cartucho 9. Ajustes del primer divisor de flujo de ratio variable 10 son ajustables por un accionador controlado por el dispositivo de control 4. El accionador puede ser un motor paso a paso o un servomotor, por ejemplo. El dispositivo de control 4 se configura para relacionar la ratio de caudal volumetrico entre los subflujos con un valor de los ajustes bajo su control.
El primer cartucho 9 incluye un primer lecho 11 de medio de tratamiento de lfquido que incluye resina de intercambio cationico de la que al menos una parte es en forma de hidrogeno. Puede ser de manera esencialmente completa en forma de hidrogeno en el primer uso. Como alternativa, parte de la resina de intercambio ionico puede inicialmente ser cargada con un ion de metal alcalino, p. ej. sodio o potasio. Al menos la mayor parte de la resina de intercambio cationico esta inicialmente en forma de hidrogeno. Es decir que la mayona de lugares funcionales por unidad de volumen (capacidad volumetrica determinada p. ej. segun DIN 54403 o ASTM D4266) tiene un ion de hidrogeno como su contraion. El medio de tratamiento de lfquido puede incluir una mezcla de diferentes resinas o unicamente una resina de intercambio cationico. La resina o resinas de intercambio cationico pueden ser resina de intercambio cationico debilmente acida, p. ej. que tiene grupos carboxilo como sus grupos funcionales. El medio de tratamiento de lfquido en el primer lecho 11 puede incluir otros materiales que las resinas de intercambio cationico.
En uso, el hidrogeno es liberado como intercambio por iones de magnesio y calcio. El hidrogeno reacciona con iones de bicarbonato para formar H2O y CO2. El CO2 no se gasifica, porque el aparato de tratamiento de lfquido forma un sistema esencialmente cerrado. En cambio, esta presente como CO2 libre.
El primer cartucho 9 incluye ademas un segundo lecho 12 de medio de tratamiento de lfquido, separado del primer lecho 11 por un dispositivo retenedor permeable a lfquidos 13. El segundo lecho 12 puede contener un medio de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido por sorcion, p. ej. un medio de tratamiento de lfquido para el tratamiento de lfquido distinto a por intercambio ionico. El medio de tratamiento de lfquido puede incluir en particular carbono activado.
El primer subflujo creado por el primer divisor de flujo de ratio variable 10 es conducido a un extremo opuesto del primer cartucho 9 al extremo por el que se conecta a la primera pieza de cabezal 8 por un tubo de cafda 14. Desde aid atraviesa el primer lecho 11 al segundo lecho 12. El segundo subflujo es conducido directamente al segundo lecho
12, que baipasea el primer lecho 11. Los dos subflujos se mezclan en el segundo lecho 12, desde donde el Ifquido se devuelve a la primera pieza de cabezal 8. El primer sensor de conductividad 5 se ubica inmediatamente aguas abajo de la primera pieza de cabezal 8. Asf mide una propiedad de la mezcla de lfquido que comprende Kquido tratado en el primer lecho 11 y lfquido que ha baipaseado el primer lecho 11.
El dispositivo de control 4 establece la reduccion de la dureza de carbonatos de la totalidad de lfquido tratado en el primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7. Con este fin, se realiza un metodo descrito a lo largo de las lmeas del documento WO 2014/006128 A1, cuyos aspectos esenciales se repiten aqrn.
El lfquido sin tratar tendra una conductancia electrica espedfica so que es la suma de la conductancia electrica sch debida a iones de carbonato y bicarbonato de los componentes que contribuyen a la dureza de carbonatos y la conductancia s1 =so-sch debida a otros componentes. Aqrn se asumira que el primer lecho 11 es completamente eficaz para retirar los iones de carbonato y bicarbonato de los componentes que contribuyen a la dureza de carbonatos. Estos son sustituidos por CO2, de modo que la conductancia del lfquido tratado en el primer lecho 11 tiene el valor s1. Se asumira que el lfquido que baipasea el primer lecho 11 retiene su conductancia espedfica original so. A la fraccion de lfquido que ha baipaseado el primer lecho 11 en la mezcla a la que se expone el primer sensor de conductividad 5 se le hace referencia aqrn como fraccion de mezcla x. El primer sensor de conductividad 5 mide asf una conductancia electrica espedfica s(x), en donde s(x) = x-so+(1-x)-(so-sch)=so-(1-x)-sch. La conductancia electrica espedfica sch debida a dureza de carbonatos se puede obtener determinando la derivada s'(x). El valor de la dureza de carbonatos se puede obtener multiplicando esta derivada por un factor de conversion F. Este factor de conversion F puede ser una constante predeterminada o ser determinado por medio de un metodo como el presentado en el documento WO 2o14/oo6129 A1. La reduccion ACH sigue entonces como ACH = (1-x)F s'(x). El valor de la derivada s'(x) de la conductancia electrica con respecto a la fraccion de mezcla x se aproxima variando la fraccion de mezcla una pequena cantidad Ax y determinando la variacion resultante As en la conductancia electrica s(x) medida por el primer sensor de conductividad 5. De esta manera, el dispositivo de control 4 puede determinar la reduccion de la dureza de carbonatos y asf la cantidad de CO2 libre generado usando la senal desde unicamente el primer sensor de conductividad 5. No hay necesidad de proporcionar un sensor de conductividad adicional aguas arriba del primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7 y sustraer la conductancia determinado por el primer sensor de conductividad 5 de la medida por este sensor adicional. Asf, se evitan problemas de calibracion debidos a diferentes tasas de deriva de sensor y problemas con formacion de depositos de cal en un sensor aguas arriba.
En una variante de este metodo, ademas del primer sensor de conductividad 5 se usa un sensor de conductividad selectivo de iones (no se muestra). Este sensor adicional permite determinar la concentracion de unicamente iones de calcio o unicamente iones de magnesio, por ejemplo. Esto es util, porque el nivel de CO2 libre depende de si se reduce la concentracion de CaCO3 o MgCO3. Asf, conocer la ratio de la concentracion de iones de calcio a iones de magnesio en el agua sin tratar permite determinar con mas precision el nivel de CO2 libre a partir de la reduccion ACH en la dureza de carbonatos.
Aunque la realizacion ilustrada asume que el dispositivo de control 4 puede relacionar ajustes del primer divisor de flujo de ratio variable 1o con un valor de la fraccion de mezcla x, una realizacion alternativa puede incluir caudalfmetros para determinar la ratio de caudal volumetrico entre los dos subflujos creados por el primer divisor de flujo de ratio variable 1o.
El lfquido tratado por el primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7 es conducido a una entrada 15 de un dispositivo de filtracion de membrana 16 dispuesto para funcionar como dispositivo de filtracion de flujo cruzado. Asf tiene una salida 17 para producto retenido y una salida 18 para producto filtrado. El dispositivo de filtracion de membrana 16 puede incluir uno o mas modulos de membrana, p. ej. en forma de modulo de membrana enrollado en espiral, modulo de membrana de fibra hueca, modulo de membrana tubular y/o una membrana en forma de hoja montada sobre un bastidor. La membrana o membranas pueden tener un tamano de poro de como mucho 1o A, ciertamente ser no porosas, de modo que el dispositivo de filtracion de membrana 16 es eficaz para retirar al menos algunos iones. Sin embargo, la membrana o membranas son permeables al CO2 libre. La membrana o membranas pueden ser membranas compuestas, p. ej. con una subcapa porosa y una capa superior delgada y densa, por ejemplo no porosa. En una membrana de osmosis inversa, agua y pequenas moleculas tales como CO2 se difunden a traves de vacantes en la estructura molecular del material de membrana, mientras que iones en solucion y moleculas mas grandes no lo hacen. Un ejemplo de una membrana adecuada es una membrana compuesta que comprende una capa de soporte con un grosor de ~ 12o pm hecha de poliester, una membrana de ultrafiltracion con un grosor de ~ 4o pm hecha de polisulfona o polietersulfona y una capa activa con un grosor de ~ 2oo nm hecha de poliamida o acetato de celulosa.
El producto filtrado que sale a traves de la salida de producto filtrado 18 tiene asf un valor de TDS relativamente bajo, pero contiene CO2 libre. La ratio de recuperacion, la ratio de producto filtrado a lfquido suministrado a la entrada 15 se puede variar ajustando una resistencia de flujo variable 19. Los ajustes de la resistencia de flujo variable 19 son ajustables bajo el control del dispositivo de control 4, que usa la senal del segundo sensor de conductividad 6 para esta finalidad.
En una realizacion, tambien o como alternativa es posible variar el diferencial de presion de transmembrana por medio de una bomba 2o o una resistencia de flujo variable (no se muestra) adicional o alternativa, ubicada aguas arriba de la entrada 15.
El producto filtrado pasa a un segundo dispositivo de tratamiento de Kquido 21, que incluye una segunda pieza de cabezal 22 y un segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23. El segundo cartucho 23 tiene al menos una lumbrera de entrada y al menos una lumbrera de salida. El segundo cartucho 23 es conectable a la segunda pieza de cabezal 22 de manera que es sostenido en la segunda pieza de cabezal 22 y se establece comunicacion de lfquidos sellada entre la lumbrera o lumbreras de entrada del segundo cartucho 23 y respectivas lumbreras de salida de la segunda pieza de cabezal 22 y entre la lumbrera de salida o lumbreras de salida del segundo cartucho 23 y un correspondiente numero de respectivas lumbreras de entrada de la segunda pieza de cabezal 22. Esto es interrumpible al liberar el segundo cartucho 23 de la segunda pieza de cabezal 22. La conexion y la configuracion de la segunda pieza de cabezal 22 y el segundo cartucho 23 pueden ser como se describe en el documento WO 2008/122496 A1, por ejemplo.
La segunda pieza de cabezal 22 incluye un segundo divisor de flujo de ratio variable 24 para separar un flujo de lfquido en al menos dos subflujos. Al menos uno de los subflujos es llevado al segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23 a traves de una lumbrera de salida de la segunda pieza de cabezal 22 y una lumbrera de entrada del segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23. Es conducido a un extremo opuesto del segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23 al extremo conectado a la segunda pieza de cabezal 22. Desde atn, atraviesa un lecho 25 de minerales, que se disuelven en el lfquido. El lfquido atraviesa un dispositivo retenedor permeable a lfquido 26 a una lumbrera de salida del segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23 en comunicacion de lfquidos con una lumbrera de entrada de la segunda pieza de cabezal 22, y desde a h a una ubicacion de mezcla 27 en la segunda pieza de cabezal 22. El lfquido que forma el subflujo o subflujos pasados a traves del lecho de minerales 25 se mezcla con el otro subflujo o subflujos creados por el segundo divisor de flujo de ratio variable 24 en la ubicacion de mezcla. El otro subflujo o subflujos baipasean el segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23 y asf se componen esencialmente de producto filtrado que lleva CO2 libre.
En una realizacion alternativa, el baipas no es a traves de la segunda pieza de cabezal 22 sino a traves de una seccion del segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23 separado del lecho 25 de los minerales, de modo que al menos un subflujo todavfa baipasea el lecho 25 de minerales. En este tipo de realizacion, la ubicacion de mezcla puede ser en el cartucho 23, de modo que la segunda pieza de cabezal 22 no necesita incluir un conducto de baipas. Esta realizacion permitina el uso de una segunda pieza de cabezal 22 de identica construccion que la primera pieza de cabezal 8.
Los minerales en el lecho 25 pueden incluir cualquier mineral o mezcla de minerales para aumentar la dureza de carbonatos. Pueden incluir al menos uno de carbonato de magnesio y carbonato de calcio, p. ej. en forma granular. Pueden incluir uno cualquiera o mas de oxido de magnesio, oxido de calcio, carbonato de calcio y magnesio (MgCa(CO3)2, hidroxido de magnesio e hidroxido de calcio. Pueden estar presentes en forma granular. En una realizacion alternativa, el segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23 se puede disponer para mezclar una pasta o solucion de concentrado mineral con el producto filtrado que pasa a traves de el.
El CO2 libre aumenta la solubilidad de los minerales en el lecho 25, de manera que la concentracion de CO2 determina la dureza de carbonatos del lfquido que deja el segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23.
Si el mineral en el lecho 25 consiste esencialmente en carbonato de magnesio, entonces el pH del lfquido que deja el segundo cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 23 es siempre aproximadamente el mismo, como se muestra en la figura 2, siempre que el nivel de CO2 libre sea del orden de m gl-1. El diagrama es valido para un sistema cerrado en el que no se anade o retira CO2. El pH estara entonces en el valor indicado por la lmea discontinua, es decir, un poco sobre 10, debido a la presencia de grandes cantidades de minerales de carbonato sin disolver. Esta realizacion es simple de hacer funcionar.
Para otros minerales o mezclas de minerales, la dureza de carbonatos del lfquido que pasa a traves del lecho 25 variara con el nivel de CO2 libre. Sera relativamente estable dentro de un intervalo de valores del nivel de CO2 libre, que es el intervalo en el que el control de la dureza de carbonatos y pH del lfquido acondicionado proporcionado en la salida 2 es el mas simple. El pH generalmente no mostrara la misma dependencia del nivel de CO2 libre.
Desde la ubicacion de mezcla 27, el lfquido acuoso acondicionado fluye a la salida 2 del aparato de tratamiento de lfquido. En una realizacion alternativa, puede ser conducido a un tanque desde el que se puede dispensar bajo demanda.
El dispositivo de control 4 se dispone para controlar los divisores de flujo de ratio variable primero y segundo 10, 24 y la resistencia de flujo variable 19 de manera que el lfquido acondicionado satisface varios requisitos. Como ejemplo, el aparato puede ser usado para tratar agua potable relativamente salina para producir agua potable acondicionada para elaborar cafe. P. ej. organismos comerciales tales como Deutscher Kaffeeverband recomiendan que dicha agua tenga las siguientes propiedades:
contenido total de minerales (TDS): 100 - 200 mg l-1;
dureza de carbonatos: 3-6 °dH; y
pH: 6,5-7,5.
En una realizacion practica del aparato, el dispositivo de control 4 consultara datos almacenados en memoria que relacionan la dureza de carbonatos del lfquido en la entrada 1 y un valor objetivo de la dureza de carbonatos en la salida 2 con ajustes de al menos los divisores de flujo de ratio variable primero y segundo 10,24. La dureza de carbonatos del lfquido en la entrada 1 es necesaria a fin de poder establecer un nivel particular de CO2 libre. Los ajustes almacenados aseguran que tambien se satisfacen las restricciones sobre el valor del pH del lfquido acondicionado a suministrar en la salida 2.
Tales datos almacenados pueden ser obtenidos en un proceso iterativo de la siguiente manera. Primero, se determina la concentracion aproximada de CO2 libre necesaria para llegar al extremo superior del intervalo recomendado de dureza de carbonatos. Entonces se determinan los ajustes apropiados del segundo divisor de flujo de ratio variable 24 para llegar a un pH por debajo del extremo superior del intervalo recomendado. Si estos dieran como resultado un valor de la dureza de carbonatos que es demasiado bajo, en una iteracion adicional se determina un nuevo valor del CO2 libre. Una vez se han determinado valores para satisfacer ambos requisitos, se ajustan los divisores de flujo de ratio variable 10, 24 a ajustes apropiados, tras lo cual se ajusta al menos una de la resistencia de flujo variable 19 y la bomba 20 para satisfacer los requisitos de TDS.
Este ajuste no afecta apreciablemente a la dureza de carbonatos, dado que en cualquier caso ya ha sido reducido por el primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7 y las membranas en el dispositivo de filtracion de membrana 16 permitiran predominantemente los iones monovalentes, a diferencia de los divalentes.
Asf es posible asegurar que se satisfagan varios requisitos, incluso si el lfquido recibido en la entrada 1 tiene una concentracion de cloruro de sodio relativamente alta.
En lugar de controlar la resistencia de flujo variable 19 o la bomba 20 en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo para los t Ds , una realizacion alternativa (la figura 3) incluye una lmea de recirculacion 28 para conducir una parte variable del lfquido desde la salida de producto retenido 17' nuevamente a la entrada 15' del dispositivo de filtracion de membrana 16. La lmea de recirculacion 28 incluye una valvula unidireccional via 29 para asegurar que el lfquido unicamente puede fluir desde la salida de producto retenido 17' a la entrada 15', y puede incluir una bomba (no se muestra). El dispositivo de control 4' determina la ratio de mezcla del lfquido desde la salida de producto retenido 17' a lfquido desde el primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7' en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de una medida representativa de una concentracion de componentes en lfquido, p. ej. los TDS. La ratio de mezcla se establece controlando una resistencia de flujo variable 30.
En otros sentidos, el aparato de la figura 3 es como el de la figura 1, de modo que a piezas semejantes se les han dado numerales de referencia semejantes.
La invencion no se limita a las realizaciones descritas anteriormente, que se pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. El primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7 no tiene por que ser el unico dispositivo de tratamiento de lfquido entre la entrada 1 y la entrada 15 del dispositivo de filtracion de membrana 16. Por ejemplo, puede haber un filtro de sedimentos aguas arriba del primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7 o un filtro separado de carbono activo entre el primer dispositivo de tratamiento de lfquido 7 y el dispositivo de filtracion de membrana 16.
Los divisores de flujo de ratio variable primero y segundo 10, 24 no necesitan ser acoplados a un dispositivo de control 4 para ajustar sus ajustes. En una realizacion alternativa, al menos uno los divisores de flujo de ratio variable primero y segundo 10, 24, p. ej. ambos, es ajustable a mano o por medio de una herramienta de mano. A un usuario se le puede proporcionar un dispositivo para medir la dureza de carbonatos de agua recibida en la entrada 1 y una tabla para relacionar este valor y un valor objetivo elegido de la dureza de carbonatos en el agua en la salida 2 con ajustes de los divisores de flujo de ratio variable 10, 24.
En lugar de determinar primero la concentracion aproximada de libre CO2 necesario para llegar al extremo superior de un intervalo recomendado de dureza de carbonatos y luego determinar ajustes del segundo divisor de flujo de ratio variable 24 para llegar a un pH por debajo del extremo superior del intervalo recomendado, tambien es posible empezar con una determinacion de los ajustes del segundo divisor de flujo de ratio variable 24 y ajustar los ajustes del primer divisor de flujo de ratio variable 10 en una etapa subsiguiente.
Lista de numerales de referencia
1, 1' - entrada
2, 2' - salida
3, 3' - interfaz
4, 4' - dispositivo de control
5, 5' - 1er sensor de conductividad
6, 6' - 2° sensor de conductividad
7, 7' - 1er dispositivo de tratamiento de Ifquido 8, 8' - 1a pieza de cabezal
9, 9' - 1er cartucho sustituible de tratamiento de Ifquido 10, 10' - 1er divisor de flujo de ratio variable
11, 11' - 1er lecho de medio de tratamiento de lfquido 12, 12' - 2° lecho de medio de tratamiento de lfquido 13, 13' - dispositivo retenedor permeable a lfquido 14, 14' - tubo de cafda
15, 15' - entrada
16, 16' - dispositivo de filtracion de membrana 17, 17' - salida para producto retenido
18, 18' - salida para producto filtrado
19 - resistencia de flujo variable
20 - bomba (opcional)
21, 21' - 2° dispositivo de tratamiento de lfquido 22, 22' - 2a pieza de cabezal
23, 23' - 2° cartucho sustituible de tratamiento de lfquido 24, 24' - 2° divisor de flujo de ratio variable
25, 25' - lecho de mineral
26, 26' - 2° dispositivo retenedor permeable a lfquido 27, 27' - ubicacion de mezcla
28 - lmea de recirculacion
29 - valvula unidireccional
30 - resistencia de flujo variable
Claims (15)
1. Aparato para acondicionar un Ifquido acuoso, que incluye:
al menos una entrada (1; 1');
al menos un dispositivo de tratamiento de lfquido (7; 7') para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico que incluye un material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno y es eficaz para liberar hidrogeno en intercambio para los cationes de minerales de carbonato en el lfquido a tratar para aumentar la cantidad de dioxido de carbono libre;
un dispositivo de filtracion de membrana (16; 16') para filtrar sales del lfquido; y
una seccion dispuesta para procesar producto filtrado producido por el dispositivo de filtracion de membrana (16; 16'), dicha seccion incluye un dispositivo de tratamiento de lfquido (21; 21') para disolver al menos un mineral que contribuye a dureza de carbonatos en agua a al menos algo del lfquido que pasa a traves de la seccion,
caracterizado por que
al menos una de la al menos una entrada (1; 1') se conecta a una entrada (15; 15') del dispositivo de filtracion de membrana (16; 16') por medio de al menos uno del al menos un dispositivo de tratamiento de lfquido (7; 7') para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico,
en que el aparato forma un sistema cerrado suficientemente para impedir desgasificar el dioxido de carbono, y en que la al menos una membrana en el dispositivo de filtracion de membrana es permeable a dioxido de carbono.
2. Aparato segun la reivindicacion 1,
en donde el al menos un dispositivo de tratamiento de lfquido (7; 7') para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico incluye al menos un cartucho sustituible de tratamiento de lfquido (9; 9') que aloja el material de intercambio cationico.
3. Aparato segun la reivindicacion 1 o 2,
en donde al menos una de la al menos una entrada (1; 1') del aparato se conecta a una entrada (15; 15') del dispositivo de filtracion de membrana (16; 16') por medio de un camino de flujo que baipasea al menos una seccion (11; 11') del dispositivo de tratamiento de lfquido (7; 7') que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno.
4. Aparato segun la reivindicacion 3,
que incluye al menos un dispositivo (10), p. ej. un divisor de flujo de ratio variable, para ajustar una ratio de caudal volumetrico entre lfquido que fluye a traves de la seccion (11; 11') del dispositivo de tratamiento de lfquido (7; 7') que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno y lfquido que fluye a lo largo del camino de flujo que baipasea la seccion (11; 11').
5. Aparato segun la reivindicacion 4,
que incluye un dispositivo de control (4; 4') para proporcionar una senal al dispositivo (10; 10') para ajustar la ratio de caudal volumetrico en dependencia de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de una medida de una concentracion de componentes en lfquido que incluye al menos componentes que contribuyen a la dureza de carbonatos.
6. Aparato segun la reivindicacion 3 y una cualquiera de las reivindicaciones 4-5,
en donde el cartucho de tratamiento de lfquido (9; 9') incluye una ubicacion de mezcla (12) donde el camino de flujo que baipasea la seccion (11; 11') que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno se une a un camino de flujo que se extiende a traves de la seccion (11; 11') que contiene el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno.
7. Aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en donde el dispositivo de filtracion de membrana (16; 16') se dispone para funcionar en modo de flujo cruzado.
8. Aparato segun la reivindicacion 7,
que incluye al menos un dispositivo (19) para ajustar una ratio de recuperacion del dispositivo de filtracion de membrana (16), p. ej. una resistencia de flujo variable a traves de la que se dispone el aparato para conducir lfquido
originado desde una salida de producto retenido (17) del dispositivo de filtracion de membrana (16).
9. Aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en donde la seccion para procesar el producto filtrado incluye una seccion (25; 25') que acomoda el al menos un mineral a disolver,
en donde la seccion para procesar el producto filtrado define un camino de flujo que baipasea la seccion (25; 25') que acomoda el al menos un mineral a disolver, y
en donde la seccion para procesar el producto filtrado incluye una ubicacion de mezcla (27; 27') para mezclar lfquido llevado a traves de la seccion (25; 25') que acomoda el al menos un mineral a disolver con lfquido llevado a lo largo del camino de flujo que baipasea esa seccion (25; 25'),
10. Aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
que incluye un sistema de sensor (4, 5, 10; 4', 5', 10') para cuantificar una reduccion de la dureza de carbonatos de un lfquido acuoso entre al menos una entrada (1; 1') y la entrada (15; 15') del dispositivo de filtracion de membrana (16; 16').
11. Aparato segun la reivindicacion 10,
en donde el sistema de sensor (4, 5; 4', 5') incluye un sensor (5; 5') aguas abajo del dispositivo de tratamiento de lfquido (7; 7') para el tratamiento de lfquido por intercambio ionico, al menos un dispositivo (10; 10') para variar una proporcion de lfquido tratado por el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno en una mezcla de lfquido que incluye ademas lfquido que ha baipaseado el material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno y un dispositivo de procesamiento de senal (4; 4'), dispuesto para inferir la reduccion a partir de una variacion en la senal en respuesta a una variacion en la proporcion.
12. Metodo para acondicionar un lfquido acuoso que contiene iones de carbonatos, que incluye:
al menos una etapa para someter el lfquido a un tratamiento por intercambio ionico, en donde el lfquido se pone en contacto con un material de intercambio cationico del que al menos una parte esta en forma de hidrogeno para crear dioxido de carbono libre;
someter el lfquido a filtracion en membrana para obtener producto filtrado, en donde se filtran sales del lfquido; y tratar el producto filtrado,
en donde tratar el producto filtrado incluye aumentar la concentracion de al menos un mineral que contribuye a la dureza de carbonatos en agua,
caracterizado por que
al menos una de la al menos una etapa para someter el lfquido al tratamiento por intercambio ionico se realiza antes de someter el lfquido a filtracion en membrana, y en que
se pasa el dioxido de carbono libre a traves de la membrana tras lo cual se usa para aumentar la concentracion de minerales disueltos que contribuyen a la dureza de carbonatos.
13. Metodo segun la reivindicacion 12,
que incluye reducir la dureza de carbonatos del lfquido a traves del tratamiento por intercambio ionico en una magnitud dependiente de al menos uno de un valor objetivo y un intervalo objetivo de la dureza de carbonatos en el lfquido acondicionado.
14. Metodo segun la reivindicacion 12 o 13,
que incluye mezclar el lfquido sometido al tratamiento por intercambio ionico con lfquido que como mucho se somete en poca magnitud al tratamiento por intercambio ionico.
15. Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 12-14,
que incluye el uso de un aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 1-11.
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