KR20120003902A - 탈염 장치로부터 이온성 종을 제거하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 탈염 장치(c) 및 침전 장치(3)를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계(이때 세척 스트림은 적어도 5 ㎝/초의 선형 속도로 탈염 장치를 통해 유동되고, 세척 스트림은 탈염 장치를 통과한 후 더욱 염도가 높아짐); 및 (b) 세척 스트림으로부터의 황산 칼슘의 일부를 침전 장치에서 침전에 의해 제거하여, 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 3.0의 범위로 수득하는 단계를 포함하는, 탈염 장치로부터 이온성 종을 제거하는 방법에 관한 것이다. 탈염 장치는 초용량성 탈염 또는 전기투석 장치이다.
Description
본 발명의 실시태양은 탈염 장치로부터 이온성 종을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
지구 표면상의 물중 1% 미만이 가정용 또는 산업용 용도로 직접 소비하기에 적합하다. 천연적인 소비가능한 물의 공급이 제한되므로, 해수 또는 기수(brackish water)의 탈이온화는 담수를 생산하는 하나의 방식이다. 또한, 다른 유체들도 때때로 사용 전에 탈이온화되고, 예를 들어 유장(cheese whey)은 많은 공장에서 탈이온화 기법을 사용하여 처리된다.
현재 이용가능한 기술들을 사용하는 액체의 탈이온화는 대개 2가지 유형의 생성물 스트림, 즉 더 높은 이온 농도의 폐기 스트림 및 더 낮은 이온 농도를 갖는, 몇몇 경우에는 이온이 없는 회수 스트림을 생산한다. 폐기 스트림은 전형적으로 폐기물로서 버려지고, 회수 스트림은 소비를 위해 유지된다.
소비가능성이 낮은 액체는 특정 스트림으로부터 버려지는(폐기 스트림으로서) 것이 종종 바람직하다. 그러나, 현재 이용가능한 탈염(탈이온화) 기법의 경우, 특정 공급 스트림으로부터 회수되는 소비가능한 액체가 더 많다는 것은, 이온 농도가 상당히 더 높은 공급물을 탈염 시스템으로 처리함을 일반적으로 의미한다.
높은 농도의 이온은 탈염 시스템에서 스케일링(scaling)을 유도할 수 있다. 예를 들면, 염수 액체에서 잘 용해되지 않는 염, 예를 들어 황산 칼슘(CaSO4)은, 탈염 시스템에서 스케일링(침전 또는 결정화 등)될 수 있고, 탈염 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있다.
소비가능한 액체의 회수율이 높고 탈염 시스템에서 잘 용해되지 않는 염의 스케일링을 방지하는 탈염 방법이 요망된다.
본원에 기재된 실시태양에 따라서, (a) 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계(이때 세척 스트림은 적어도 5 ㎝/초의 선형 속도로 탈염 장치를 통해 유동되고, 세척 스트림은 탈염 장치를 통과한 후 더욱 염도가 높아짐); 및 (b) 세척 스트림으로부터의 황산 칼슘의 일부를 침전 장치에서 침전에 의해 제거하여, 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도(supersaturation degree)를 약 1.0 내지 약 3.0의 범위로 수득하는 단계를 포함하는, 탈염 장치로부터 이온성 종을 제거하기 위한 방법이 제공된다.
본원에 기재된 실시태양에 따라서, (a) 초용량성(supercapacitive) 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계(이때 세척 스트림은 적어도 5 ㎝/초의 선형 속도로 초용량성 탈염 장치를 통해 유동되고, 세척 스트림은 초용량성 탈염 장치를 통과한 후 더 높은 황산 칼슘 농도를 가짐); 및 (b) 황산 칼슘의 일부를 침전 장치로부터 제거하여, 초용량성 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중의 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 2.0의 범위로 수득하는 단계를 포함하는, 초용량성 탈염 장치로부터 황산 칼슘을 제거하기 위한 방법이 제공된다.
본원에 기재된 실시태양에 따라서, (a) 전기투석(electrodialysis) 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계(이때 세척 스트림은 적어도 5 ㎝/초의 선형 속도로 전기투석 탈염 장치를 통해 유동되고, 세척 스트림은 전기투석 탈염 장치를 통과한 후 더 높은 황산 칼슘 농도를 가짐); 및 (b) 황산 칼슘의 일부를 침전 장치로부터 제거하여, 전기투석 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 2.0의 범위로 수득하는 단계를 포함하는, 전기투석 탈염 장치로부터 황산 칼슘을 제거하기 위한 방법이 제공된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 첨부된 도면(이때, 도면 전체를 통해 유사 번호는 실질적으로 동일한 부분을 나타냄)을 참고하여 하기 상세한 설명에 의해 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 탈염 장치가 초용량성 탈염 장치인 경우의 개략적인 작업 공정도를 도시한다.
도 2는 탈염 장치가 전기투석 탈염(ED) 장치인 경우의 개략적인 작업 공정도를 도시한다.
도 1은 탈염 장치가 초용량성 탈염 장치인 경우의 개략적인 작업 공정도를 도시한다.
도 2는 탈염 장치가 전기투석 탈염(ED) 장치인 경우의 개략적인 작업 공정도를 도시한다.
본 발명의 실시태양은 액체의 탈이온화 분야에 관한 것이다. 본 발명의 실시태양은 하나 이상의 용해된 이온성 화합물, 예를 들어 황산 칼슘을 포함하는 염수 액체로부터 이온성 종을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
본원에 기재된 이온성 종 제거 방법의 실시태양은 이온성 종이 액체로부터 제거되어야 하는 임의의 적용분야를 위해 이용될 수 있지만, 단지 예시적인 목적을 위하여, 이온성 종 제거 방법은 물 정제 방법, 예를 들면 탈염 방법에 대하여 기재될 것이다.
명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 본원에 사용될 경우, 근사적인 표현은 그것이 관련된 기본적인 기능을 변화시키지 않으면서 허용가능하게 달라질 수 있는 임의의 정량적 표시를 변경시키기 위해 적용될 수 있다. 따라서, 예컨대 "약" 또는 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들에 의해 변경된 값은 특정화된 정확된 값으로 제한되지 않는다. 몇몇 경우에, 근사적인 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀성에 상응할 수 있다.
본원에 기재된 실시태양에 따라서, (a) 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계(이때 세척 스트림은 적어도 5 ㎝/초의 선형 속도로 탈염 장치를 통해 유동되고, 세척 스트림은 탈염 장치를 통과한 후 더욱 염도가 높아짐); 및 (b) 세척 스트림으로부터의 황산 칼슘의 일부를 침전 장치에서 침전에 의해 제거하여, 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 3.0의 범위로 수득하는 단계를 포함하는, 이온성 종 제거 방법이 제공된다.
본원에 기재된 실시태양에 따라서, (a) 초용량성 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계(이때 세척 스트림은 적어도 5 ㎝/초의 선형 속도로 초용량성 탈염 장치를 통해 유동되고, 세척 스트림은 초용량성 탈염 장치를 통과한 후 더 높은 황산 칼슘 농도를 가짐); 및 (b) 황산 칼슘의 일부를 침전 장치로부터 제거하여, 초용량성 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중의 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 2.0의 범위로 수득하는 단계를 포함하는, 초용량성 탈염 장치로부터 황산 칼슘을 제거하기 위한 방법이 제공된다.
본원에 기재된 실시태양에 따라서, (a) 전기투석 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계(이때 세척 스트림은 적어도 5 ㎝/초의 선형 속도로 전기투석 탈염 장치를 통해 유동되고, 세척 스트림은 전기투석 탈염 장치를 통과한 후 더 높은 황산 칼슘 농도를 가짐); 및 (b) 황산 칼슘의 일부를 침전 장치로부터 제거하여, 전기투석 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 2.0의 범위로 수득하는 단계를 포함하는, 전기투석 탈염 장치로부터 황산 칼슘을 제거하기 위한 방법이 제공된다.
본원에 기재된 이온성 종 제거 방법을 위한 탈염 장치는, 이들이 황산 칼슘을 포함하는 액체를 처리하기 위한 전기화학적 탈염에 사용하기에 적합하기만 하면, 임의의 유형 또는 형태일 수 있다. 본 발명의 몇몇 양태에 따르면, 탈염 장치는, 예를 들어, 전기투석(ED) 탈염 장치 또는 용량성 탈염 장치일 수 있다.
예시적인 ED 스택(stack)은 매번 2개의 인접한 막 사이에 하나의 이격자를 갖도록 교대로 배열된 복수 개의 양이온 교환 막 및 음이온 교환 막, 및 2개의 단자에 위치된 2개의 전극을 포함한다. 이온 교환 막 및 이격자는 복수 개의 ED 유동 채널을 형성한다.
전형적으로 2개 세트의 유동 채널이 ED 스택에 존재하고, 달리 말하면 희석 채널 및 농축 채널이 채널에서 유동하는 스트림, 즉 공급 스트림 및 세척 스트림 각각에 따라 스택에서 교대로 나타난다. 작동시, 희석 채널에서 공급 스트림의 이온은 인접한 농축 채널로 부분적으로 이동하여 공급 스트림에 비해 염분 농도가 낮은 회수 스트림으로 공급 스트림을 전환시킨다. 대조적으로, 농축 채널중의 세척 스트림은 인접한 희석 채널로부터 이동된 이온을 운반하여 더욱 염분 농도가 높아진다. 몇몇 경우에, 역전 전기투석 스택이 사용될 경우, ED 스택의 전극 극성의 역전시, 희석 채널, 및 농축 채널, 및 여기에서 유동하는 상응하는 스트림은 또한 역전되어, 이온의 이동 방향이 역전된다.
몇몇 실시태양에서, 탈염 장치는 용량성 탈염 장치, 예를 들어, 초용량성(supercapacitor) 탈염 전지의 스택을 포함하는 초용량성 탈염 장치일 수 있다. 초용량성은 통상의 커패시터와 비교할 경우 비교적 더 높은 에너지 밀도를 갖는 전기화학 커패시터이다. 본원에 사용될 경우, 초용량성은 기타 높은 성능의 커패시터, 예컨대 울트라커패시터(ultracapacitor)를 포함한다. 커패시터는 한쌍의 가까운 거리의 전도체("플레이트"로 지칭됨) 사이의 전장에서 에너지를 저장할 수 있는 전기 장치이다. 전압이 커패시터에 적용될 경우, 동일한 크기이지만 극성이 반대인 전기 전하가 각각의 플레이트에 축적된다.
예시적인 초용량성 탈염 전지는: 제 1 전도성 물질을 포함하는 제 1 전극(이때 제 1 전극은 전지 작동의 하전 방식으로 이온을 흡수하고 전지 작동의 방전 방식으로 이온을 탈착함); 제 2 전도성 물질을 포함하는 제 2 전극(이때 제 2 전극은 전지 작동의 하전 방식으로 이온을 흡수하고 전지 작동의 방전 방식으로 이온을 탈착함); 제 1 및 제 2 전극 사이에 배치된 이격자(이때 이격자는 제 1 및 제 2 전극 사이에 유동하는 액체를 위한 유동 채널을 제공함)를 포함한다. 제 1 및 제 2 전극은 더 양호한 염 제거 효능을 위해 전극의 표면 상의 이온 교환 막 또는 이온 교환 물질의 코팅 층과 함께 사용될 수 있다.
작동의 하전 방식에서, 공급 스트림은 초용량성 탈염 장치로 이온을 손실함으로써 회수 스트림으로 전환된다. 작동의 방전 방식에서, 세척 스트림은 초용량성 탈염 장치로부터 탈착된 이온을 운반하여 더욱 염분 농도가 높아진다.
본원에 사용될 경우, 물 회수율은 공급 스트림의 평균 용적 유동 속도에 대한 회수 스트림의 평균 용적 속도의 비율(백분율로 표현됨)을 지칭한다. 본 개시내용의 목적을 위해, 물 회수율은 간단히 소정의 주기에서 공급 스트림 부피에 대한 탈염된 회수 스트림 부피의 비율이다. 높은 회수 공정에서, 회수 스트림의 평균 유동 속도는 공급 스트림의 평균 유동 속도의 약 70 내지 약 99.5 퍼센트이다. 보다 바람직하게는, 회수 스트림의 평균 유동 속도는 공급 스트림의 평균 유동 속도의 약 80 내지 약 99 퍼센트, 또는 약 90 내지 약 99 퍼센트 또는 약 95 내지 약 99 퍼센트이다.
본 발명의 몇몇 양태에 따라서, 공급 스트림은, 탈염 장치로 진입되기 이전에, 현탁된 콜로이드성 입자, 유기체, 또는 유기 물질을 제거하기 위해 전처리 공정을 사용하여 전처리될 수 있다. 예비처리 공정은 입자 제거 공정, 예컨대 카트리지(cartridge) 여과, 다중매질 여과(MMF: multimedia filtration), 미량여과(MF: microfiltration), 한외여과(UF: ultrafiltration), 또는 이의 임의의 조합일 수 있다. 예비처리 공정은 막 생물반응기(MBR: membrane bioreactor), 화학적 산화 장치, 전기화학적 산화 장치, 또는 공급 스트림으로부터 유기물을 제거할 수 있는 임의의 다른 시스템을 사용하여 공급 스트림에 존재하는 유기물을 제거할 수 있다. 기타 예비처리 공정, 예컨대 석회 연화(lime softening), pH 조정, 이산화탄소 제거, 탈유(deoiling) 등이 또한 사용될 수 있다. 물론, 예비처리 공정은, 공급 스트림에 입자, 유기체 또는 유기 물질이 거의 또는 전혀 없는 경우 생략될 수 있다.
공급 스트림은 다른 용해된 이온성 종들 중에서 잘 용해되지 않는 황산 칼슘을 비롯한 하나 이상의 용해된 이온성 무기 염을 포함한다. 탈염 장치(전기투석 또는 초용량성)에서 잘 용해되지 않는 염, 예를 들어 황산 칼슘의 스케일링을 방지하기 위해, 세척 스트림은 탈염 장치에서 유동하는 한편, 세척 스트림은 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 순환된다. 본원에 사용되는 경우 및 이후에, 스케일링은 염 또는 용질 포함 액체와 접촉하는 표면 상의 용해되지 않은 염 또는 용질의 침전물 및/또는 결정의 침착을 지칭한다. 본 발명의 방법은 탈염 장치에서 세척 스트림의 유동 속도의 균형잡힌 조합을 제공하고 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림에서 잘 용해되지 않는 염(황산 칼슘)의 초포화도를 조절하여, 잘 용해되지 않는 염의 침전이 침전 장치에 국한되도록 한다.
본 발명의 몇몇 양태에 따라서, 탈염 장치에서 세척 스트림의 선형 속도는 적어도 약 5 ㎝/초, 또는 바람직하게는 약 5 ㎝/초 내지 약 100 ㎝/초, 또는 더 바람직하게는 약 5 ㎝/초 내지 약 50 ㎝/초이고, 침전 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도는 탈염 장치에서 황산 칼슘의 스케일링을 방지하기 위해 약 1.0 내지 약 3.0 또는 바람직하게는, 약 1.0 내지 약 2.0, 또는 더 바람직하게는 약 1.0 내지 약 1.5의 범위이다.
본원에 사용될 경우, 선형 속도는 탈염 장치중 유동 채널의 단면적으로 나눈 유체 용적 유동 속도(부피/장치 시간)로 정의된다.
초포화도는, 본원에 사용될 경우, 용액중에 존재하는 특정 용질의 농도 대 용액중에 존재하는 다른 종의 농도, 압력 및 온도에서 그 용질로 포화된 용액중의 용질의 농도의 비율을 지칭한다. 예를 들어, 25℃에서, 탈이온수중 CaSO4의 용해도는 약 2052 ppm이다. 25℃에서 4104 ppm의 CaSO4를 포함하는 탈이온수 용액은 2.0의 초포화도를 갖는다. 25℃에서 5.13 중량%의 NaCl 용액의 경우, CaSO4의 용해도는 약 2981 ppm의 CaSO4이다. 4104 ppm의 CaSO4를 포함하는 25℃에서 5.13 중량%의 NaCl 용액은 1.37의 초포화도를 갖는다. 용액중의 특정 염의 초포화도가 1인 경우 용액은 이러한 염으로 포화되고, 초포화도가 1 보다 큰 경우 초포화된다. 1 보다 더 큰 초포화도는 염이 용액으로부터 침전되고/되거나 결정화하는 경향이 있음을 일반적으로 의미한다. 초포화도가 높을 수록, 침전/결정화 경향이 더 높다.
가용화 첨가제, 예컨대 스케일링방지제(antiscalant)는 액체중에 이온성 종의 침전/결정화를 감소시킬 수 있다. 스케일링방지제는 때때로 특정 탈염 장치에 사용되어 침전/결정화를 방지함으로써 더 높은 물 회수율을 달성한다. 예를 들어, 스케일링방지제의 부재하에, 세척 스트림중 CaSO4의 최대 안전 초포화도는 정상 조건하에 ED 스택을 위해 약 1.5이다. 특정 양의 스케일링방지제[예를 들어, 미국 뉴욕 소재의 제네럴 일렉트릭 캄파니(General Electric Company)로부터의 10 ppm의 하이퍼스퍼스(Hypersperse) MDC706]가 세척 스트림에 첨가되면, 작동 초포화도는 2.4 이상으로 증가할 수 있다.
본 발명의 몇몇 양태에 따라서, 결정화/침전 방지 대신에, 결정화/침전 증진이 침전 장치에 요망된다. 따라서, 본원에 기재된 실시태양은 활성 스케일링방지제가 거의 또는 전혀 없는 공정들에 적용되고, 초포화도 및 선형 속도의 실질적인 한계는 스케일링방지제가 없는 경우, 낮은 용량의 스케일링방지제, 또는 실활된 스케일링방지제의 경우에 대해서이고, 이는 본 발명에 관련된 기본 기능을 변화시키지 않을 것이다.
세척 스트림에서, 액체중에 포화되거나 초포화되는 염, 예를 들어, 황산 칼슘 이외에, 액체는 포화 또는 초포화될 수 있거나 없는 다른 염을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. (초용량성 또는 역전 전기투석) 탈염 장치를 떠나는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도(또는 농도)는 탈염 장치로 진입하는(침전 장치로부터) 세척 스트림중의 황산 칼슘의 초포화도(또는 농도)에 비해 더 높다. 이는 일부 황산 칼슘, 뿐만 아니라 다른 더 가용성인 이온이 탈염 장치로부터 세척 스트림으로 전달되기 때문이다.
황산 칼슘의 초포화도(농도)는, 황산 칼슘이 침전 장치에서 고형분으로서 용액으로부터 침전될 경우 침전 장치에서 감소한다. 침전 장치에서 액체 체류 시간을 이용하여 침전을 조절하고 침전 장치로 고체 형성을 국한시킨다. 즉, 침전 장치에서 세척 스트림의 체류 시간이 길수록, 침전 장치에서 침전/결정화가 더 늘어나고, 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림의 초포화도(또는 농도)가 더 낮아지고, 탈염 장치에서 스케일링의 가능성이 더 낮아진다.
본원에 사용될 경우, 침전 장치에서 세척 스트림의 체류 시간은 일정량의 세척 유체가 작동의 제 2 방식 동안 침전 장치내에 머무는 평균 시간을 지칭한다. 간단히, 침전 장치에서 세척 스트림의 체류 시간은 침전 장치중의 액체의 부피를 침전 장치를 통한 세척 스트림의 용적 유동 속도로 나눈 값이다.
전형적으로, 세척 유체는, 세척 유체가 침전 장치로 진입하는 것과 동일한 용적 유동 속도로 탈염 장치로 진입한다. 다르게는, 제 2 펌프를 이용하여 세척 유체가 침전 장치를 지나 탈염 장치 공급 지점으로 다시 직접적으로 우회할 경우, 탈염 장치를 통한 용적 유동 속도는 침전 장치를 통한 용적 유동 속도에 비해 더 크다. 본 발명의 목적을 위해, 탈염 장치를 통한 세척 유체의 순 용적 유동 속도로 나눠진 탈염 장치중의 유체 부피로서의 탈염 장치에서 세척 유체의 평균 체류 시간이 언급되고, 이때 순 용적 유동 속도는 침전 장치로부터 탈염 장치로의 액체의 유동 속도이다. 침전 장치에서의 체류 시간은 침전 장치를 떠나는(그리고 탈염 장치로 진입하는) 세척 스트림중의 황산 칼슘의 초포화도가 약 1.0 내지 약 3.0, 또는 바람직하게는, 약 1.0 내지 약 2.0, 또는 더 바람직하게는, 약 1.0 내지 약 1.5의 범위이도록 하는 범위이다. 침전 시스템 디자인에 따라서, 원하는 초포화도를 달성하는데 필요한 체류 시간은 약 3분 내지 약 300분, 또는 바람직하게는 약 3분 내지 약 60분 범위일 수 있다.
탈염 장치가 초용량성 탈염 장치인 한 실시태양에서, 탈염 장치의 모든 유동 채널은 공급 스트림 또는 세척 스트림을 각각 수용하는 제 1의 기간 동안 작동의 하전 또는 방전 방식으로 존재할 수 있다. 이어서 모든 유동 채널은 공급 스트림 또는 세척 스트림을 각각 수용하는 제 2의 기간 동안 다른 방식으로 스위칭된다. 제 1 기간은 제 2 기간에 비해 더 짧거나 더 길거나 동일할 수 있다.
탈염 장치(초용량성 또는 역전 전기투석)의 각각의 유동 채널에서 교대적인 유동 스트림은, 유동 채널과 세척 스트림중의 포화/초포화 액체의 접촉 시간을 감소시킬 뿐만 아니라 세척 스트림중의 초포화 액체와 접촉된 후 공급 스트림을 갖는 유동 채널에 효과적인 "플러슁(flushing)"을 제공하므로, 유동 채널에서 스케일링의 위험을 크게 감소시킨다. 공급 스트림은 또한 유동 채널에서 임의의 새롭게 형성되는 결정에 대한 용해 용량을 제공한다.
탈염 장치가 초용량성인 경우 정의된 기준에 반응하여 작동 방식이 하전 방식 및 방전 방식 사이에서 가역적으로 스위칭될 수 있거나, 탈염 장치가 역전 전기투석인 경우 정의된 기준에 반응하여 전극 극성이 가역적으로 스위칭될 수 있도록, 하나의 제어기가 적절한 밸브, 센서, 스위치 등과 소통되고 이를 조절할 수 있다. 이러한 기준은 경과된 기간, 포화, 전도성, 저항률 등을 포함할 수 있다.
탈염 장치로부터의 회수 스트림은, 추가의 처리를 위해, 또 다른 유형의 탈염 공정, 예컨대 역 삼투압 공정에 의해, 또는 동일한 탈염 장치로 다시 이를 공급함으로써 탈이온화될 수 있다.
침전 장치는 특정 형태를 갖는 별도의 용기이거나, 세척 스트림의 파이핑 시스템의 통합된 부분일 수 있다. 이는 농축 탱크 또는 침전기일 수 있다. 이는 교반 탱크, 침강 탱크 및 청정화 장치(clarifier unit)중 적어도 하나 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 양태에 따라서, 침전 장치로부터 제거된 취입 또는 퍼지(purge) 스트림(폐기 스트림)이 존재한다. 이러한 취입 또는 퍼지(purge) 스트림(폐기 스트림)의 부피는 침전 장치로 새로운 공급물을 도입함으로써 대체된다. 폐기 스트림의 평균 용적 유동 속도는 공급 스트림의 평균 유동 속도의 약 0.5 내지 약 30%, 바람직하게는 약 1 내지 약 20%, 또는 바람직하게는 약 1 내지 약 10%, 또는 더 바람직하게는 약 1 내지 약 5%이다.
폐기 스트림의 처분은 적용 요건에 의존하는 빈도로 일어날 수 있다. 한 실시태양에서, 폐기 스트림은 초용량성 탈염 장치의 하전-방전 주기 또는 전기투석 탈염 장치의 전극 극성 주기가 일단 종료되면 침전 장치로부터 처분된다. 또 다른 실시태양에서, 폐기 스트림은 적절한 유동 속도에서 침전 장치로부터 연속적으로 처분된다. 이어서 이러한 처분에 기인한 침전 장치에서의 부피 손실은 실질적으로 동일한 양의 액체에 의해 보충될 수 있다. 이러한 구성 스트림은 공급 스트림과 동일한 공급원으로부터일 수 있다. 이러한 수단에 의해, 침전 장치에서의 액체 부피는 전 주기에 걸쳐 실질적으로 일정한 범위내에 유지된다. 폐기 스트림의 처분 및 이의 보충은, 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중의 황산 칼슘의 초포화도가 실질적으로 일정하고 약 1.0 내지 약 3.0, 또는 바람직하게는, 약 1.0 내지 약 2.0, 또는 더 바람직하게는 약 1.0 내지 약 1.5이고, 매우 가용성인 염(예를 들어 NaCl)의 농도가 전 주기에 걸쳐 일정한 범위내에 있음을 추가로 보장한다. 이는 황산 칼슘 및 다른 염이 전 주기에 걸쳐 농도가 일정하게 증가하지 않을 것임을 보장하고, 이는 스케일링에 대하여 탈염 장치를 보호한다.
폐기 스트림은 슬러리의 형태이거나 2개 이상의 별도의 스트림의 형태일 수 있고, 이때 적어도 1개의 스트림은 고체 종을 포함한다. 폐기 스트림은 고체를 포함할 수 있고, 이는 황산 칼슘을 포함할 수 있다. 폐기 스트림은 고도로 농축된 물 또는 슬러리를 처리하기에 적합한 임의의 공지된 공정에 의해 처리될 수 있다. 예를 들면, 열 처리 장치, 예컨대 증발기, 염수 농축기, 분무 건조기, 결정기, 증발 연못(evaporation pond), 또는 이의 임의의 조합이 폐기 스트림을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 매우 높은 물 회수율이 달성될 경우, 취급될 필요가 있는 폐기 스트림은 일반적으로 작고, 전체 공정은 경제적으로 매력적인 제로 액체 방전 공정으로서 작동될 수 있다. 다른 실시태양에서, 침전 장치로부터의 폐기 스트림은 표면 물 용기(surface water receiver), 또는 하수관에 직접 버려질 수 있거나, 깊은 우물(deep well)로 주입될 수 있다.
세척 스트림중 이온성 용질의 농도는 일반적으로 회수 스트림중의 이온성 용질의 농도에 비해 수 십 내지 수 백배 더 높을 것이다. 농축된 세척 스트림과 희석 회수 스트림 사이의 교차 오염을 최소화하는 것이 중요하다. 따라서, 전이 동안, 탈염 장치로의 유입 스트림은, 탈염 장치의 유출 스트림이 세척 스트림으로부터 다시 회수 스트림으로 스위칭(유출 스위칭)되기 이전에, 세척 스트림으로부터 공급 스트림으로 다시 스위칭(유입 스위칭)될 수 있다. 유입 스위칭과 유출 스위칭 간의 적절한 시간 간격은 전형적으로 대략 탈염 장치중의 공급 스트림의 유체 체류 시간이고, 고려중인 각각의 장비에 대해 시험함으로써 결정될 수 있다. 제어기가 사용되어 이러한 순차적 또는 단계적 유동 스위칭을 조절할 수 있다.
초용량성 탈염 장치의 작동 방식이 작동의 하전 방식으로부터 작동의 방전 방식으로 옮겨지면, 배터리가 작동의 완전히 하전된 방식에서 작동의 방전된 방식으로 바뀔 때의 에너지 방출과 유사한 에너지 방출이 발생된다. 특정한 실시태양에서, 에너지 회수 장치, 예컨대 컨버터(converter)(도시되지 않음)를 사용하여 이러한 에너지를 수집하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이, 초용량성 탈염 전지는 에너지 회수 장치와 소통될 수도 있다.
특정 실시태양에서, 초용량성 탈염 장치의 각각의 제 1 전극은 제 1 전도성 물질을 포함할 수 있고, 각각의 제 2 전극은 동일하거나 상이한 제 2 전도성 물질을 포함할 수 있다. 본원에 사용될 경우 "전도성 물질"이라는 용어는 열 전도성과 상관없는 전기 전도성인 물질을 지칭한다. 몇몇 실시태양에서, 제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 더 작은 크기 및 큰 표면적을 갖는 입자를 가질 수 있다. 큰 표면적에 기인하여, 이러한 전도성 물질은 전지의 높은 흡착 용량, 높은 에너지 밀도 및 높은 커패시턴스(capacitance)를 나타낼 수 있다.
추가로, 제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 높은 공극률을 가질 수 있다. 각각의 전극은 비교적 높은 브루나우어-에멧-텔러(BET: Brunauer-Emmet-Teller) 표면적을 가질 수 있다. 각각의 전극은 비교적 낮은 전기 저항률(예를 들어, < 200 Ohm·㎠)을 가질 수 있다. 한 실시태양에서, 추가의 물질이 제 1 및 제 2 전극 위에 침착될 수 있고, 이때 이러한 추가의 물질로는 이온 교환 물질, 촉매, 방오제(anti-foulant), 표면 에너지 변형제 등이 포함된다.
추가로, 제 1 전도성 물질 및 제 2 전도성 물질은 유기 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 더욱이, 전기 전도성 충전제가 전도성 물질과 함께 사용될 수 있다. 또한, 적합한 접착제, 경화제 또는 촉매도 전도성 물질과 함께 이용될 수 있다.
예시된 실시태양에서는 초용량성 탈염 장치 제 1 및 제 2 전극이 서로 평행하게 배치된 플레이트와 같은 형태를 취하여 적층된 구조물을 형성하지만, 다른 실시태양에서는, 제 1 및 제 2 전극은 상이한 형태를 가질 수 있다. 이러한 다른 형태는 주름진 내포형(nested) 그릇 형태를 포함할 수 있다. 한 실시태양에서, 제 1 및 제 2 전극은 롤(roll)-유형 배열로 서로에 대해 동심으로(concentrically) 배치될 수 있다.
초용량성 또는 전기투석 탈염 장치에 적합한 이격자는 전기적으로 절연성인 중합체를 포함한다. 적합한 전기 절연 중합체로는 올레핀 기재 물질이 포함된다. 적합한 올레핀 기재 물질로는 할로겐화될 수 있는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 포함될 수 있다. 다른 적합한 전기 절연 중합체로는, 예를 들면 폴리 비닐 클로라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리설폰, 폴리아릴렌 에테르, 및 나일론이 포함된다. 추가로, 이격자는 약 0.0010 센티미터 내지 약 1 센티미터 범위의 두께를 가질 수 있다. 전기 절연 이격자는 막, 메쉬, 매트, 시이트, 필름 또는 직물(weave)의 형태일 수 있다. 유체 소통을 허용하기 위해, 전기적으로 절연되는 이격자는 다공질이거나, 천공되거나, 또는 하나의 주요 표면으로부터 또 다른 표면으로 연장되는 유체 채널을 가질 수 있다. 유체 채널, 기공 및 세공은 5 밀리미터 미만의 평균 직경을 가질 수 있고, 통과하는 유동 액체의 난류를 증가시키는 형태를 취할 수 있다. 이러한 증가된 난류는 가까운 전극의 성능에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 한 실시태양에서, 공동평면이 아닌 중첩된 가닥(thread)을 갖는 메쉬가 사용된다. 평면 바깥쪽의 가닥은 통과하는 유동 액체의 난류를 증가시킬 수 있다.
추가로, 초용량성 탈염 장치의 각각의 전지는 제 1 및 제 2 전극에 커플링된 집전 장치(current collector)를 포함할 수 있다. 집전 장치는 전자를 전도한다. 집전 장치 재료 및 작동 매개변수의 선택은 전지의 전력 소비 및 수명에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 전극중 하나와 상응하는 집전 장치 간의 높은 접촉 저항은 높은 전력 소비를 일으킨다. 특정 실시태양에서, 전지의 제 1 및 제 2 전극의 전도성 물질은 상응하는 집전 장치에 위치될 수 있다. 이러한 실시태양에서, 전기 전도성 물질은 하나 이상의 침착 기법에 의해 집전 장치 표면에 침착될 수 있다. 적합한 침착 기법으로는 스퍼터링(sputtering), 분무, 회전 코팅, 인쇄, 침지 또는 다른 코팅법이 포함된다.
초용량성 탈염 장치는 추가로 구조에 기계적 안정성을 제공하는 지지 판을 포함할 수 있다. 적합한 지지 판으로는 금속 또는 플라스틱으로부터 선택된 하나 이상의 물질이 포함된다. 적합한 금속으로는 귀금속 및 철 기재 합금, 예컨대 스테인레스 스틸이 포함된다. 적합한 플라스틱으로는 열경화성 수지, 예컨대 아크릴, 우레탄, 에폭사이드 등; 및 열가소성 수지, 예컨대 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드(PVC: polyvinyl chloride), 및 폴리올레핀이 포함된다. 적합한 폴리올레핀으로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 포함될 수 있다.
전기투석 탈염 장치를 위한 이온 교환 막 및 전극은 당분야의 숙련가에게 공지된 전기투석 탈염 장치에서 통상적으로 사용되는 임의의 막 및 전극일 수 있다.
청구된 본 발명을 실행하는데 있어서 당분야의 숙련가에게 추가의 안내를 제공하기 위해 하기 실시예가 포함된다. 따라서, 이들 실시예는 첨부된 특허청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명을 제한하지 않는다.
하기 실험에서, 표 1에 제시된 조성을 갖는 합성 공급수는 시험을 위해 실험실에서 제조되었다. 물에 대한 총 용해 고형분(TDS: Total Dissolved Solid)은 2012.9 ppm이었고, 칼슘 및 설페이트 이온으로서는 TDS의 약 40%였다.
| 조성 | Ca2 + | Mg2 + | Na+ | K+ | SO4 2 - | HCO3 - | NO3 - | Cl- |
| 농도(ppm) | 210.2 | 59.9 | 321.2 | 41.5 | 595.0 | 197.6 | 144.9 | 442.6 |
실시예
실시예
1
도 1은 실시예 1의 개략적인 작업 공정도를 도시한다. 탈염 장치는 5-전지 초용량성 탈염(SCD: supercapacitor desalination) 스택(stack)이었다. 전지의 각각의 전극의 실효 면적은 400 ㎠이고, 전극 간의 이격자의 두께는 0.76 ㎜였다. 시험시 500회 주기를 운행하였고, 각각의 주기는 하전 단계 및 방전 단계를 포함하였다. 각각의 하전 단계는 15분 동안 지속하였고, 각각의 방전 단계는 30분 동안 지속하였다.
하전 단계 동안, SCD 스택을 1000 mA의 일정 전류로 하전시켰다. 스택의 전압은 하전 단계의 초기에 약 2 V에서 하전 단계의 종료시 약 5 V로 증가한 것으로 관찰되었다. 표 1에 도시된 조성을 갖는 합성 공급수를 공급 스트림(11)에서 공급수로서 사용하였고, 솔레노이드(solenoid) 밸브(5)를 통해 펌프(4a)에 의해 이를 초용량성 탈염 스택의 유동 채널(C)로 펌핑하였고, 이 동안 솔레노이드 밸브(6)는 폐쇄된 채로 있었다. 하전 단계에서, 공급 스트림(11)은 적어도 부분적으로 탈염되고 회수 스트림(12)으로 전환되었고, 이는 공급 스트림(11)에 비해 염분 농도가 낮았다. 회수 스트림(12)을 솔레노이드 밸브(7)를 통해 방출하고, 이 동안 솔레노이드 밸브(8)는 폐쇄된 채로 있었다. 회수 스트림(12)은, 의도된 용도의 요건에 따라서, 직접 소비되거나 직접 소비되기 이전에 또 다른 처리 단계를 거칠 수 있다.
내경이 150 ㎜이고 높이가 400 ㎜인 플렉시글래스(상표)의 실린더를 침전 장치(3)로 사용하고, 500회 주기 시험에서 제 1의 방전 단계의 출발을 위해 2000 ㎖의 합성 공급수를 실린더에 적재하였다. 방전 단계에서, 침전 장치(3)로부터의 세척 공급 스트림을 펌프(4b)에 의해 솔레노이드 밸브(6)를 통해 유동 채널(C)로 펌핑하였고, 이 동안 솔레노이드 밸브(5)는 폐쇄된 채로 있었다. 방전 단계 동안, 하전 단계에서 초용량성 탈염 스택(1)의 전극으로 흡수된 이온은 세척 스트림으로 다시 방출되었다. 유동 채널(C)로부터의 유출 세척 스트림을 솔레노이드 밸브(8)를 통해 침전 장치(3)로 다시 전환시키고, 이 동안 솔레노이드 밸브(7)는 폐쇄된 채로 있었다. 방전 단계 동안, 유체를 초용량성 탈염 스택의 유동 채널(C)과 침전 장치(3) 사이에서 순환시켰다.
유동 계량기(9) 및 압력 지시기(10)를 사용하여 스트림을 모니터링하고 조절하였다. SCD 스택의 하전 및 방전 상태를 예비프로그래밍된 전기 기기[랜드(Land)-20V-5A, 중국 소재의 우한 진누오 일렉트로닉 코포레이션 리미티드(Wuhan Jinnuo Electronic Co., Ltd.) 제품]로 조절하였다. 동시에, 밸브의 스위칭을 예비프로그래밍된 제어기[SG2-20HR-A, 중국 소재의 타이안 테크놀로지 욱시 코포레이션 리미티드(Taian Technology Wuxi CO., Ltd.) 제품]로 조절하였다. SCD 스택의 전기적 상태 및 유동 스위칭을 동시관리하였다.
침전 장치(3)중의 황산 칼슘의 초포화도를 추가로 감소시키고 침전 장치(3)중의 매우 가용성인 염의 농도를 특정 범위로 유지시키기 위해, 약 155 ㎖의 유체("폐수")를 각각의 방전 단계의 종료시에 펌프(4b) 및 솔레노이드 밸브(6 및 7)를 통해 침전 장치(3) 밖으로 펌핑하였다. 이후, 공급 스트림 물(11)(155 ㎖)을 침전 장치(3)에 첨가하여 침전 장치(3)중의 총 유체 부피를 유지시켰다.
하전 및 방전 둘다의 단계 동안 물의 유동 속도를 500 ㎖/분으로 조절하였고, 이는 8.6 ㎝/초 선형 속도에 상응한다. 각각의 주기에서 회수된 물(본원에서는 회수 스트림(12)으로도 지칭됨) 부피는 500 ㎖/분 × 15분 = 7500 ㎖이었고, 공급 스트림 부피는 7500 ㎖ + 155 ㎖ = 7655 ㎖였다. 따라서 본 실험에서 물의 회수율은 7500 ㎖ / 7655 ㎖ × 100% = 약 98%였다.
SCD 스택(1) 내부의 액체 보유량은 약 400 ㎠ x 0.076 ㎝ x 5 전지/스택 = 152 ㎖이고, 침전 실린더중 액체 보유량은 2000 ㎖였다. 방전 방식에서 SCD 스택(1)중 물의 체류 시간은 약 18초이고, 방전 방식에서 침전 실린더중의 물의 체류 시간은 약 240초였다.
스택 전압 및 전류 프로파일(profile)은 500회 주기 시험 동안 매우 안정한 것으로 밝혀졌다. 침전물이 형성되었고, 시험 동안 실린더에 유지시키고 500회 주기 시험이 수행된 후 제거하였다. 침전 실린더로부터 SCD 스택으로 진입하는 물중 CaSO4의 초포화도는 작동의 제 2 방식 동안 1.36 내지 1.69 범위였고, 평균 값은 1.56이었다.
시험 후, SCD 스택의 5개 전지중 어느 것에서도 스케일링이 발견되지 않았다.
실시예
2
하전 방식 및 방전 방식 둘다 동안의 유체 유동 속도가 스택에서 채널을 통해 1500 ㎖/분, 또는 25.7 ㎝/초 선형 속도임을 제외하고 실시예 1과 유사하게 본 실험을 수행하였다. 침전된 물질을 실린더에 유지시키고 500회 주기 시험이 완료된 후 제거하였다. SCD 스택으로 진입하는 세척 스트림중 CaSO4의 초포화도는 작동의 제 2 방식 동안 1.24 내지 1.51의 범위였고, 평균 값은 1.38이었다.
시험 후, SCD 스택의 5개 전지중 어느 것에서도 스케일링이 발견되지 않았다.
실시예
3
실시예 1 및 2에서와 동일한 일반적인 절차를 사용하여 5개의 5-전지 스택을 연속으로 작동하였다. 제 1 방식(하전)으로 시스템을 작동하는 동안, 합성 폐수를 제 1 스택으로 공급하고, 회수 스트림을 최종 스택으로부터 제거하였다. 제 2 방식(방전)으로 시스템을 작동하는 동안, 최종 스택으로부터의 유출물을 침전 장치로 보내고, 침전 장치로부터의 액체를 제 1 스택으로 공급하였다. 이때, 양쪽 작동 방식 동안 유동 속도는 500 ㎖/분으로 유지시켰고, 이는 8.6 ㎝/초의 스택에서 채널을 통한 선형 속도를 제공하였다. 작동의 제 1 방식 동안 SCD 스택으로 진입하는 세척 스트림중 CaSO4의 초포화도는 1.7 내지 2.0의 범위였다. 시스템을 500회 주기 동안 운행시킨 후, 스택을 해체하였고, 25개 전지중 단지 2개에서만 매우 약간의 스케일링을 갖는 것으로 밝혀졌다. 소수의 장비 변경으로 시스템은 이들 조건하에 스케일링 없이 작동될 수 있었던 것으로 생각된다.
비교
실시예
1
15-전지 스택을 실시예 1 및 2에서와 같이 작동시켰다. 이때, 제 1 방식(하전) 및 제 2 방식(방전) 둘다 동안의 유동 속도를 500 ㎖/분으로 유지시켜, 2.8 ㎝/초의 스택에서 채널을 통한 선형 속도를 제공하였다. 작동의 제 2 방식 동안 SCD 스택으로 진입하는 세척 스트림에서 CaSO4의 초포화도는 1.7 내지 2.0의 범위였다. 시스템을 500회 주기 동안 운행시킨 후, 스택을 해체하였고, SCD 스택의 모든 전지에 심각한 스케일링이 생긴 것으로 밝혀졌다.
실시예
4
도 2는 실시예 4의 개략적인 작업 공정도를 도시하고, 이때 탈염 장치는 5-전지 전기투석(ED) 탈염 스택이다. ED 스택중 막의 실효 면적은 400 ㎠인 반면, 이격자의 두께는 0.76 ㎜이다. 희석 및 농축 채널 둘다에서 물의 유동 속도는 500 ㎖/분이고, 이는 8.6 ㎝/초의 선형 속도에 상응한다. 1000 mA의 일정한 전류를 ED 스택에 대해 극성 상태에서 사용한다. 실시예 1 및 2에 사용된 것과 동일한 실린더를 본 실험에서 침전 장치로서 사용한다.
제 1 시간의 기간에서, (임의적으로 예비처리된) 공급 스트림(110)을 펌프(4A)를 경유하여 유입 밸브(50)의 유동 안내를 통해 제 1 유동 채널(C1)로 도입한다. 동시에, 세척 스트림을 실린더(30) 및 제 2 유동 채널(C2)을 포함하는 폐쇄된 루프에서 펌프(4B), 유입 밸브(50) 및 유출 밸브(70)를 통해 순환시킨다. 이 기간에, 제 1 유동 채널(C1)은 희석 채널이고, 이때 상기 채널중의 이온은 부분적으로 그의 인접한 제 2 채널(C2)로 이동한다. 제 1 채널(C1)로부터의 생성물 (회수) 스트림(120)은 ED 스택으로부터 유입 밸브(70)의 유동 안내를 통해 밖으로 유동되고, 통상적으로 공급 스트림(110)보다 낮은 염도를 갖는다. 제 2 유동 채널(C2)은 이제 농축 채널이다.
제 1 기간 이후 제 2 기간에서, ED 스택의 전극 극성은 역전되고, 이온은 제 2 유동 채널(C2)로부터 제 1 유동 채널(C1)로 반대 방향으로 이동한다. 이와 같이, 제 1 유동 채널(C1)은 농축 채널이 되고, 제 2 유동 채널(C2)은 희석 채널이 된다. 유입 밸브(50) 및 유출 밸브(70)는 또한 스위칭되고, 이는 전극 극성 역전과 동시에 일어난다. 공급 스트림은 이제 제 2 유동 채널(C2)로 전환되고 공급 스트림(110)에 비해 염도가 낮은 생성물 (회수) 스트림(120)으로서 빠져나간다. 한편, 세척 스트림은 제 1 유동 채널(C1) 및 실린더(30)를 포함하는 폐쇄된 루프에서 순환된다.
ED 스택의 전극 극성의 역전 및 유입 밸브와 유출 밸브의 스위칭은 별도의 또는 통합된 외부 제어기(도 2에 도시되지 않음)에 의해 조절된다. 전기투석 스택의 전극 극성 역전 간격은 15분이고, 약 5분 내지 약 100분의 범위일 수 있다. 유동 계량기(90) 및 압력 지시기(100)를 사용하여 스트림의 모니터/조절을 도울 수 있다.
각각의 15분의 기간 종료시, 650 ㎖의 물을 침전 장치로부터 버리고 공급 스트림으로부터의 또 다른 650 ㎖의 물을 동일한 침전 장치에 첨가한다. 모든 매개변수를 실시예 1 및 2에서와 동일하게 유지한다. 탈염 장치 및 침전 장치의 농축 채널을 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 동안, 세척 스트림중의 일부 황산 칼슘은 침전 장치에서 침전물로서 제거됨으로써, ED 스택으로 진입하는 세척 스트림중의 CaSO4의 초포화도는 1.05 내지 1.75의 범위로 조절되어 ED 스택에서의 스케일링을 방지한다.
본원에 기재된 실시태양은 특허청구범위에 인용된 본 발명의 요소에 상응하는 요소를 갖는 조성물, 구조물, 시스템 및 방법의 예이다. 이러한 기재내용으로부터 당분야의 숙련가들은 특허청구범위에 인용된 본 발명의 요소에 상응하는 대안의 요소를 갖는 실시태양을 만들고 이용할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범주는 특허청구범위와 상이하지 않은 조성물, 구조물, 시스템 및 방법을 포함하고, 추가로 특허청구범위와 실질적으로 차이가 없는 다른 구조, 시스템 및 방법을 포함한다. 본원에 단지 특정한 특징부 및 실시태양이 예시되고 기재되었지만, 당분야의 숙련가라면 다수의 변형 및 변경을 일으킬 수 있을 것이다. 첨부된 특허청구범위는 모든 이러한 변형 및 변경을 포함한다.
Claims (20)
- (a) 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계로서, 이때 세척 스트림이 5 ㎝/초 이상의 선형 속도로 탈염 장치를 통해 유동하고, 세척 스트림이 탈염 장치를 통과한 후 더욱 염도가 높아지는 단계; 및
(b) 세척 스트림으로부터의 황산 칼슘의 일부를 침전 장치에서 침전에 의해 제거하여, 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도(supersaturation degree)를 약 1.0 내지 약 3.0의 범위로 수득하는 단계
를 포함하는, 탈염 장치로부터 이온성 종을 제거하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
탈염 장치가 방전 방식으로 작동하는 초용량성(supercapacitive) 탈염 장치인 방법. - 제 2 항에 있어서,
탈염 장치를 하전 방식으로 적어도 주기적으로 추가로 작동시키고, 이때 공급 스트림이 탈염 장치를 통해 통과한 후에 염도가 낮아지는 방법. - 제 3 항에 있어서,
방전 방식을 하전 방식과 번갈아 수행하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
침전 장치에서 황산 칼슘의 일부를 폐기 스트림으로서 제거하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
폐기 스트림이 액체를 포함하고, 이러한 액체의 부피가 탈염 장치에 제공되는 공급 스트림의 총 부피의 약 0.5 내지 약 30%에 상응하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
폐기 스트림이 액체를 포함하고, 이러한 액체의 부피가 탈염 장치에 제공되는 공급 스트림의 총 부피의 약 1 내지 약 20%에 상응하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
폐기 스트림이 액체를 포함하고, 이러한 액체의 부피가 탈염 장치에 제공되는 공급 스트림의 총 부피의 약 1 내지 약 10%에 상응하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
폐기 스트림이 액체를 포함하고, 이러한 액체의 부피가 탈염 장치에 제공되는 공급 스트림의 총 부피의 약 1 내지 약 5%에 상응하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
폐기 스트림이 고체 황산 칼슘을 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
탈염 장치로 진입하는 세척 스트림에서 황산 칼슘의 초포화도(supersaturation degree)가 약 1.0 내지 약 2.0의 범위인 방법. - 제 1 항에 있어서,
탈염 장치로 진입하는 세척 스트림에서 황산 칼슘의 초포화도가 약 1.0 내지 약 1.5의 범위인 방법. - 제 1 항에 있어서,
탈염 장치에서 세척 스트림의 선형 속도가 약 5 ㎝/초 내지 약 100 ㎝/초의 범위인 방법. - 제 1 항에 있어서,
탈염 장치에서 세척 스트림의 선형 속도가 약 5 ㎝/초 내지 약 50 ㎝/초의 범위인 방법. - 제 1 항에 있어서,
침전 장치에서 세척 스트림의 체류 시간이 약 3분 내지 약 300분의 범위인 방법. - 제 1 항에 있어서,
침전 장치에서 세척 스트림의 체류 시간이 약 3분 내지 약 60분의 범위인 방법. - 제 1 항에 있어서,
침전 장치가 교반 탱크, 침강 탱크 및 청정화 장치(clarifier unit)중 하나 이상을 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
탈염 장치가 전기투석 탈염 장치인 방법. - (a) 초용량성 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계로서, 이때 세척 스트림이 5 ㎝/초 이상의 선형 속도로 초용량성 탈염 장치를 통해 유동하고, 세척 스트림이 초용량성 탈염 장치를 통과한 후 더 높은 황산 칼슘 농도를 갖는 단계; 및
(b) 황산 칼슘의 일부를 침전 장치로부터 제거하여, 초용량성 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 2.0의 범위로 수득하는 단계
를 포함하는, 초용량성 탈염 장치로부터 황산 칼슘을 제거하는 방법. - (a) 전기투석(electrodialysis) 탈염 장치 및 침전 장치를 포함하는 폐쇄된 루프에서 세척 스트림을 순환시키는 단계로서, 이때 세척 스트림이 5 ㎝/초 이상의 선형 속도로 전기투석 탈염 장치를 통해 유동하고, 세척 스트림이 전기투석 탈염 장치를 통과한 후 더 높은 황산 칼슘 농도를 갖는 단계; 및
(b) 황산 칼슘의 일부를 침전 장치로부터 제거하여, 전기투석 탈염 장치로 진입하는 세척 스트림중 황산 칼슘의 초포화도를 약 1.0 내지 약 2.0의 범위로 수득하는 단계
를 포함하는, 전기투석 탈염 장치로부터 황산 칼슘을 제거하는 방법.
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