TW201029935A - Methods and systems for purifying aqueous liquids - Google Patents

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201029935 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之具體例所涉及之領域係純化水性液體及尤其使 水性液體脫鹽。本發明之具體例係關於一種脫鹽裝置及使 用此脫鹽裝置之方法。 【先前技術】 於地球表面僅有少於1百分比之水適合於家庭或工業應 用中直接消費。因自然飲用水資源有限，所以對海水或淡 鹽水去離子化（平常稱作脫鹽化）係製造淡水之一方法。有 新近研發用以對水資源去離子化或去鹽化之大量脫鹽技 術。 電今式去離子法係一種於低電壓（約丨伏特）及低壓力05 psig)下操作之靜電學方法。當鹽水藉由-高表面積電極總 成果壓時，於水中之離子，如不溶性鹽類、金屬、與某些 有機物’將被吸引5 Λ r-. 至帶相反電何之電極上。其於電極上濃 縮離子並降低水中之Afe γ ^ 甲之離子浪度。當電極容量耗盡時，鹽進 料水之流動停止 視情況至一單獨、更濃 ’且電容器排料 之溶液中。隨後重複此循環。 亦可需求具有—插π π ^ 、 不同於現有裝置或系統之用於脫鹽的 裝置或系統。亦可需屯 而八具有一種不同於現有方法之製造或 使用用於脫鹽之裝置七么# 衣置或系統的方法。 【發明内容】 於一具體例中，本& ^ ^ ^ ^ 棱供—種純化水性液體之方$ 該方法包含將包含離早、为 子岭質之水性進料溶液導入至第一 144052.doc 201029935 級電谷器脫鹽單元中，同時同步地自第二超級電容器脫鹽 單元排出一濃縮液（濃縮液B)，並將濃縮液b導入至共用沉 殿單元中’及隨後將水性進料溶液導入至第二超級電容器 脫鹽單元同時同步地自第一超級電容器脫鹽單元排出一濃 縮液（濃縮液A)且將濃縮液A導入至此共用沉澱單元中；並 回收純化液體與沉澱物。 於另一具體例中，本發明提供一種海水脱鹽之方法，該 方法包含將海水導入第一超級電容器脫鹽單元，同時同步 ❿ 地自第二超級電容器脫鹽單元排出一濃縮液（濃縮液B)並 將濃縮液B導入至一共用沉澱單元中；及隨後將海水導入 至第一超級電谷器脫鹽單元同時同步地自第一超級電容器 脫鹽單兀排出一濃縮液（濃縮液A)並將濃縮液A導入至此共 用沉澱單元中；回收純化水；及視情況回收鹽沉澱物。 於又一具體例中，本發明提供一種純化水性液體之方 法，該方法包含將包含離子溶質之水性進料溶液導入至第 φ —超級電容器脫鹽單元同時同步地自第二超級電容器脫鹽 單元排出一濃縮液（濃縮液B)並將濃縮液B導入一共用沉澱 單元中；及隨後將此水性進料溶液導入至第二超級電容器 - 鹽單元同_同步地自第一超級電容器脫鹽單元排出1 • 縮液（濃縮液A)並將濃縮液A導入至—共用沉澱單元中；及 回收純化液體與沉澱物；其甲該第一與第二超級電容器脫 鹽單元各自包含至少一對帶相反電荷之表面，該方法之特 徵在於濃縮液在此共用沉殿單元中之滞留時間係介 於約5分鐘至約4小時之間’該方法之特徵為其進料時間與 144052.doc 201029935 7時間係實質上相同且介於約5分鐘至到、時之間，該方 法之特徵在於該對帶相反電 ㈣為約i伏特，該方表面間的電位降（_ntial « y ^ 特徵在於此等超級電容器脫鹽 70 シ一者係經由一能量回收裝置排料。 =再4體例中，本發明提供一種零液體排放的水純化 、、’，其包含⑷—第-超級電容器脫鹽單元；（b)一第二 超級電4器脫鹽單元；⑷—共用沉澱單元；⑷—第一流 :輸入管線與一第二流體輸入管線⑷一第一流體排放管線 二第二流體排放管線；⑴一產物排放管線；及(g) 一流 口订⑽，其t該第—與第二超級電容器脫鹽單元可交 替且彼此獨立地與產物排放管線或此共用沉殿單元連接。 可藉由參考以下詳盡論述U於理解本發明之此等及其 他特徵、態樣、與優勢。 【實施方式】 於諸圖式令相同數字代表實質上相同之零件。 +於下列說明及中請專利範圍中，其參考將出現大量術 D° ’此等術語將定義為具有以下意義。 除文中清楚地說明外，否則單數形式「一 「、 「二 /、 」 j」包括其複數相關物。 「視情況」或「視情況地」表示可發生或不發生隨後描 述之事件或情況，及所描述者包括發生此情況之實例及不 發生此情況之實例。 此處通篇說明書及申請專利範圍所使用之估計語句，可 應用於修飾經允許不同而不致改變其所涉及之基本功能之 144052.doc 201029935 任何定量陳述。因此’經一術語或數術語修飾之值，如 「約」與「實質上」，係不受指明之準確值的限制。於至 少某些實例中，估計語句可對應於用於測定數值之儀器之 精密度。除文中或語句另外說明外，否則於此處及通篇說 明書與申請專利範圍中’可合併及/或互換範圍限定，此 等範圍相等且，包括此處所涉及之子範圍。

如在一具體例中所述，本發明提供一種純化水性液體之 方法’該方法包含將包含離子溶質之水性進料溶液導入一 第一超級電容器脫鹽單元同時同步地自一第二超級電容器 脫鹽單元排出一濃縮液（濃縮液B)並將濃縮液B導入至一共 用沉澱單元中；及隨後將此水性進料溶液導入至此第二超 級電容器脫鹽單元同時同步地自此第一超級電容器脫鹽單 兀排出濃縮液（濃縮液A)並將濃縮液A導入至此共用沉澱單 元中；及回收純化液體與沉澱物。 可根據本發明所提供之方法純化之包含一或多種離子溶 質之水液體可意指海水、淡鹽水、冷卻塔排污水、化學 處理廢水流、淡鹽水、湖水、河水、油層水與其等組合 物。因海水相對豐富，所以其係可藉由本發明之方法純化 竹別里 蛋之進料溶液-π —六肢丨n .久进I 用 進料/谷液經純化。於一具體例中，此水性溶液包含一有 '質例如，季錢鹽。如此處所使用，術語鹽水廣 la a有或多種離子溶質之水性溶液。典型上，存在 鹽水中之離子溶質係無機鹽如氯化鈉、溴化鈉、碳酸鈉 硫酸鈉、氯化㉝化鐘等。 144052.doc 201029935 於本發明之各具體例中包含離子溶質之水性進料溶液係 藉由下列裝置純化·串聯工作之兩或更複數個超級電容器 脫鹽單元純化；一第一超級電容器脫鹽單元於「進料」模 式（進料中」）操作產生純化產物液體，同時一第二超級 電容器脫鹽單元於「排料」模式（「排料中」）操作產生一 濃縮液。此第一超級電容器脫鹽單元之排出物（一純化產 物液體）作為純化產物流自系統排除。此第二超級電容器 脫鹽單元之排放物係一濃縮液，且直接導入至一共用沉澱 單几中，於此處一部份離子溶質沉澱並自剩餘液相中分 離，該液相循環回流至於「排料」模式操作之第二超級電 容器脫鹽單元中。熟習本技藝之人員將瞭解，除黏附或包 含於沉澱内之液體外，此段落所描述之系統與整個此說明 書中之相似具體例能呈零液體排放並可於此處間被稱為零 液體排放的水純化系統。 如將於以下所詳述，只要不超過其可用於蓄積離子溶質 之容量，於「進料」模式下之超級電容器脫鹽單元可繼續 於「進料」模式操作，且此後此超級電容器脫鹽單元將於 所保留離子溶質自該超級電容器脫鹽單元釋出之「排料」 模式下操作。習知零液體排放的水純化系統採用一單一超 級電容器脫鹽單元與一單一沉澱單元。因此，當超級電容 器脫鹽單元處於「進料」模式時，沉澱單元不接收濃縮 液。因對超級電容器脫鹽單元完全「進料」與「排料」所 需之時間大致相等，所以於習知零液體排放的水純化系統 中之沉澱單元並未被充分利用且非於穩態狀況下操作。本 144052.doc 201029935 發明所提供之方法及系統之優勢係不間斷地對共用沉澱單 元提供濃縮液及此共用沉澱單元可於穩態狀況或接近穩態 之狀況下操作，藉此促進共用沉澱單元高效運作。 於一具體例中’可採用本發明之方法及系統使海水脫鹽 或使其他淡鹽水去離子化以降低其鹽量至對於家庭與工業 應用之允許漢度β 為可更好理解本發明及其優勢，將於此處簡要論述超級

電谷器脫鹽單元之特定基本原則。因此，一超級電容器係 當相比於習知電容器具有相對較高能量密度之電化學電容 器。如此處所使用，超級電容器涵蓋其他高性能電容器， 如超大型電容器。電容器係一可於一對密集導體（稱為 「平板」）間之電場内儲存能量之電裝置。當對電容器施 加電壓時，等量、但極性相反之電荷於每平板上積累。 參考圖1 ’此圖代表的係具有一控制器（未顯示）及採用 一外殼12之典型超級電容器脫鹽單元（亦稱裝置）1〇之簡 圖。此外殼具有界定一容積之一内表面。於此容積内此外 殼含有-超級電容器淡化堆疊14。此脫鹽堆疊包括複數個 超級電容器脫鹽元件16。複數個元件16之每一者均包括一 對電極、-絕緣隔片與—對電流集流器。進—步地，此外 殼包括可使進料溶液體經由其進人超級電容器脫鹽單元之 至少-進料口 18、及在與超級電容器脫鹽單元接觸後液體 自其排出此超級電容器脫鹽單元之出料口 20。可藉由各種 方式促進進料溶液體流動通過此超級電容器脫鹽單元，如 重力、抽吸、及泵壓。 144052.doc 201029935 再參考圖l，當經由進料口 18進入 ^ . 、 進科」模式操作 之超級電容器脫鹽單元之進料溶 寸/奋及（未顯不）係—鹽溶液例 :海水時，經由液體出料口 20自此超級電容器脫鹽單元排 出之產物液社鹽度將低於進料溶㈣之鹽度。相反地， 當此超級電容器脫鹽單元於「排 ^ ^ 排科」楔式操作時，經由流 體出料口20自超級電容器脫鹽單元排出之流體之鹽度將典 型上南於進料溶液體之鹽度。如所述，此超級電容器脫鹽 早凡包含-控制器，且該控制器提供對每個超 鹽元件16之電極間電位降之控制。 ^ 利此外，该控制器可連通 並控制適當之閥門、感應器、開關等，使得操作模式能對 應於所確定之標準於「進料」模式與「排料」模式間可逆 地轉換。此標準可包括運行時間、離子溶質之濃度、電導 率、電阻率，等。 仍參考圖1’於進料」模式下’可控制進料溶液體於 超級電容器脫鹽單元堆疊14中之滯留時間以獲得自流體出 料口 20排出之產物流體鹽度之特定值。即係，可要求更多 或更少之時間以使進料溶液體去離子化至藉由與控制器連 通之適當位置之感應器測定之帶電物種之界定值。於特定 具體例中，可將複數個此等元件排列於此超級電容器脫鹽 單元内以使第一元件之排放物可作為第二元件之進料溶液 體經處理。 參考圖2，該圖顯示有支撐板32所支撐之一超級電容脫 鹽堆疊14，其包含複數個超級電容器脫鹽元件16,該等元 件包含藉由絕緣隔片28分開之電極24與26。該超級電容器 144052.doc -10- 201029935 脫鹽堆疊視情況包含一電流集流器3〇 舉 伽收於「進料」«儲存於超級電容器脫鹽電== 「排料」期間超級電容器脫鹽單元所釋放之電能。 參考圖3，該圖相對於圖i與圖2更詳盡地顯示超級電容 #脫鹽堆疊14。該圖說明包含支樓板32與超級電容器脫鹽 元件16及設置於該等元件16間之電流集流器3〇之一超級電 容器脫鹽堆叠14。超級電容器脫鹽元件16包含電極24與26 &絕緣隔片28。該圖亦說明當存在於包含堆#14之超級電 容器脫鹽單元令時液體可經由其流動之洞孔或開孔Η之使 用。例如，流體可如方向箭頭22所示經由開孔21導入至堆 疊14，如方向箭頭23所示流經該堆叠之至少一部份，並如 方向箭頭25所示流出該堆疊。 參考圖4’該圖代表超級電容器脫鹽單元之於「排料」 期間之-超級電容H脫鹽元件（未顯示絕緣隔片）心因此 將包含含有陽離子36與陰離子38之離子溶質之進料流叫 • A至該元件内。當進料流穿過該元件時帶相反電荷之電極 24與㈣其吸引並㈣相反電荷之離子，開超級電容器 脫鹽元件之產物流體含有較進料流更少之離子溶質且於該 圖中被稱為「稀釋流」40 ’其代表純化液體。典型上，電 極24與26將電位差界定於約丄與約2伏特之間(直流電)。於 其表面飽和之前帶相反電荷之電極24與26將吸收離子溶質 而飽和點時進料流將於離子濃度上不作任何改變地流經該 元件於本發明之各種具體例中’超級電容器脫鹽單元之 超級電容器脫鹽元件之電極有時於此處稱為「帶相反電荷 144052.doc -11 · 201029935 之表面」。 參考圖5，該圖代表於超級電容器脫鹽單元之「排料」 模式期間之超級電容器脫鹽元件16。於超級電容器脫鹽元 件排料模式期間，電極24與26發生短路（或於受控條件下 經由一負荷排料以回收所儲存之能量）及陽離子36與陰離 子38自電極24與26之表面釋放。於此實例中，進入處於排 料模式之該元件之流體係飽和或過飽和離子溶質流。此流 體42離開沉澱單元46。自處於排料模式之元件流出之流體 (於該圖中稱為「排放流」44)代表離子溶質之過飽和溶 液。將排放流轉移至沉澱單元46中，於此處離子溶質之一 部份自排放流分離形成固體沉澱物48。在沉澱離子固體後 於沉殿單元中之流體仍為離子溶質所飽和或過飽和。此液 之濃度較排放流44低係因於沉澱單元46中離子物種沉澱之 故。此流體（於該圖中稱為「飽和進料流」42)經由該元件 再循環以助於從該元件中除去陽離子36與陰離子38。因 此，處於排料期間之超級電容器脫鹽元件之產物係固體沉 澱物48與飽和進料流42。可以包含離子溶質之流體潤濕之 固體沉澱物，可自沉澱單元週期性或連續地排放。 參考圖6，該圖代表包含一超級電容器脫鹽單元10與一 沉澱單元46且於「進料」模式與「排料」模式間交替操作 之一習知零液體排放的水純化系統50。於「進料」模式期 間，將包含離子溶質之水性進料流34經由閥門52及沿流體 進水管線54導入至超級電容器脫鹽單元10中。於「進料」 模式下自超級電容器脫鹽單元1〇流出之流體40係沿流體排 144052.doc -12- 201029935 放管線56被引導至於「進料」模式期間連接產物排放管線 5 9之閥門5 8並隨後經回收。 仍參考圖6之習知零液體排放的水純化系統5〇，該圖亦 、 顯不於「排料模式」操作之系統，其令自超級電容器脫鹽 .單7L流出之排放流44藉由泵60經由閥門58直接流入沉澱單 元46。維持沉殿單元中之條件至可使排放流受可於一過濾 裝置如一離心機上收集之於沉澱單元作為沉澱物48沉澱之 離子溶質所過飽和。存在於沉澱單元中之液相經由流體回 行迴路64、閥門52及流體進水管線54直接導回至超級電容 器脫鹽單元以助於從超級電容器脫鹽單元除去離子溶質。 因此，於「排料」模式期間以相對於沉澱單元中之現行條 件的飽和或過飽和溶液42清洗超級電容器脫鹽單元。 本技藝者將瞭解當圖6所指出之習知零液體排放的 水純化系統50於「進料」模式下操作時，沉厥單元將空 載。於「排料」模式下，沉澱單元運作但呈非穩態狀況。 φ 因此，習知零液體排放的水純化系統不易於利用於穩態狀 況下操作之沉殿單元連續操作。熟習本技藝者將瞭解於穩 態狀況下操作之連續單元操作之可取性以有效利用設備及 實現高水準製程控制。 參考圖7,該圖顯示本發明之數個具體例。於第一具體 例中，圖7顯示同時於「進料」模式與「排料」模式操作 且包含易於在穩態狀況下操作之一共用沉殿單元^之零液 體排放的水純化系統70。圖7八顯示包含一第一超級電容器 脫鹽單元ίο與一第二超級電容器脫鹽單元i〇s、一共用沉 I44052.doc •13· 201029935 澱單元46、一第一流體進水管線54與一第二流體進水管線 54s、一第一流體排放管線56與一第二流體排放管線5心、 一產物排放管線59、一泵60、視情況一補充進料進水口 62、及一流體回行迴路64之本發明之零液體排放的水純化 系統。熟習本技藝者將瞭解配置該零液體排放的水純化系 統70以致該兩第一與第二超級電容器脫鹽單元1〇與1〇3可 父替且彼此專用連接或產物排放管線59，或共用沉澱單元 46。其意味著於操作期間，超級電容器脫鹽單元之其中一 者之排出物可直接導入產物排放管線59同時該第二超級電 容器脫鹽單元之排出物藉由泵6〇同步地直接導入共用沉澱 單元46。熟習本技藝者將進一步瞭解該共用沉澱單元之所 呈現之優勢。換句話說，因共用沉澱單元受於「進料」與 「排料」模式間交替操作之第一並接著另一超級電容器脫 鹽單元交替供給，共用沉澱單元可連績地且於穩態狀況下 操作。 仍參考圖7，該圖顯示本發明之第二方面，亦即純化水 性液體之方法。因此圖7人顯示一方法，其中將一水性進料 溶液34經由閥門52及流體進水管線54導入至於「進料」模 式下操作之一第一超級電容器脫鹽單元10中。當該進料溶 液流經存在於超級電容器脫鹽單元中之超級電容器脫鹽元 件16(參見圖式3)時，存在於該進料溶液中之一部份離子溶 質被保留於元件内，其中如圖4所描述陰離子被保留於帶 正電何電極（陽極）上且陽離子被保留於帶負電荷電極（陰 極）上。產物流40自超級電容器脫鹽單元1〇流出並經由流 144052.doc -14 - 201029935 體排放管線56與間門58被傳送至產物排放管線^。在其實 質上含有較進料流34少之離子溶質之意義上說，產物流4〇 構成純化液體。 仍參考圖7,圖7A顯示本發明之特徵，其中當使第一超 級電容器脫鹽單元1()進料時使第二超級電容器脫鹽單元 (為方便起見且為與第—超級電容器脫鹽單幻^區分而標 »己為1 Os)排料。熟習本技藝者將瞭解啟動時可使超級電容 @脫鹽單元1G與lGs連續地進料以致於操作期間超級電容 器脫息單元製造分出相態以使當第一超級電容器脫鹽單元 進料時，第二超級電容器脫鹽單元排料。當第二超級電容 器脫鹽單元10s排料時包含離子溶質之濃縮溶液（有時稱為 「濃縮液B」或排放流44〇自第二超級電容器脫鹽單元流 出於藉由泵60提供之力下傳送通過第二流體排放管線5心 與閥門58。將濃縮液B導入至共用沉澱單元46。於共用沉 澱單元中之現行條件下濃縮液B係一過飽和溶液且離子溶 φ 質之邛伤沉殿釋出成固體沉殿物48。共用沉澱單元配備 有用於連續除去固體沉澱物之構件，該等構件係例如一離 心機或一旋轉式真空過濾機，及回收通過流體回行迴路 64、閥門52、與第二流體進水管線54s導回至第二超級電 容器脫鹽單元l〇s之上清液體。於獲得排料所需濃度之前 上清液可經由超級電容器脫鹽單元l〇s再倨環。熟習本技 藝者將瞭解可適當篩選共用沉澱單元以致存在於排放流 44S中之不溶溶質之量之改變不會對共用沉殿單元46中一 、經建立之穩態操作產生不利影響。 144052.doc -15· 201029935 之特徵，其中當第二超級 模式操作時第一超級電容 電 仍參考圖7 ’圖7B顯示本發明 容器脫鹽單元10s於「進料」 器脫鹽單元1 0於排料措彳搞从 併针楔式刼作。於圖7所顯示之具體例 中，超級電容H脫鹽單元可簡單地藉由使位於超級電容器 脫鹽元件中之電極發生短路及__52與職「進料」 棋式轉換至排料模式。或者，和奴發— + 、 4有超級電容器脫鹽單元簡單地 藉由對超級電容器脫鹽元株夕Φ权ρ日# β ι 70件之電極間施加一電壓及開關閥 門52與58從「排料」模式轉換至「進料」模式。 參考圖8，肖圖說明根據本發明之方法可使用之一規 程。圖8A表示_7Α所示之组態轉換至圖7b所示之組態 時可用之零液體排放的水純化系統7G之―中間組·態。此組 態使兩超級電容器脫鹽單元他㈣及相關管道56s與56之 殘留物得以沖洗以操取此等殘留物之價值及避免混合濃縮 與純化流。此步驟亦使用於圖7B所示之模式操作之沉激中 能以正確組合物對進料管線543與54饋料。於圖8A所示模 式中之操作歷時相對於圖7歧7崎示模式之操作歷時較 短。熟習本技藝者將理解圖7A與圖8A之組態相關聯且藉 由轉換閥門52可互換0參考圖8A，將填料流34再導入至第 一超級電谷态脫鹽單元1〇s以將單元1〇s與管線5心之濃縮殘 留物:向共用沉料元卜其導致以新鮮進料至少部份地 填充官線54s與單元10s並因此準備置換至進料模式。其亦 導致以濃縮液至少部份地填充管線54與單元1〇並因此準備 置換至排料模式。於圖8A所示之模式下操作亦將來自超級 電容器脫鹽單元1G、流體排放f線56之產物沖洗乾淨並經 144052.doc 16 201029935 由閥門5 8沖洗至產物排放管線59。當完成此沖洗步驟時， 如藉由預置定時器或藉由合適電導率或濃度測量值所指 不’轉換閥門5 8以提供圖7B所示之組態。 圖8B表示當圖7B所示之組態轉換回圖7A所示之組態時 可用之零液體排放的水純化系統7〇之中間組態。熟習本技 藝者將理解圖7B與圖8B之組態相關聯且藉由轉換閥門52 可互換。參考圖8B，將進料流34再導入至第一超級電容器 脫鹽單元10以將第一超級電容器脫鹽單元1〇與流體排放管 線56之濃縮殘留物沖洗至共用沉澱單元。其導致以新鮮進 料至少部份地填充管線54與單元1〇並因此準備置換至進料 模式。其亦導致以濃縮液至少部份地填充管線54s與單元 l〇s並因此準備置換至排料模式。圖犯所示模式之操作亦 將來自第二超級電容器脫鹽單元1〇s與流體排放管線5心之 產物沖洗乾淨並經由閥門58沖至產物排放管線59。當完成 此步驟時，如藉由預置定時器或藉由合適電導率或濃度測 量值所指示，轉換閥門58以提供圖7A所示之組態。 熟習本技藝者將理解於本發明各種態樣所示之共用沉澱 單凡46可製造潮濕固體，其可視情況於一獨立操作如熱結 晶器中經乾燥以使能回收額外水分。進一步地，於本發明 各種態樣所示之共用沉澱單元46可包含一沖洗流。該沖洗 流亦可於一熱結晶器中經處理以使能回收額外水分。為使 實質上穩態操作共用沉澱單元，自沉澱器損耗且以沖洗 流、固體產物之水分含量中之一者或兩者表示之水分，可 利用經由補充進料進水口 62將少量新鮮進料導入沉澱器而 144052.doc -17· 201029935 補償。 如所述，於本發明各具體例中，提供用於利用包含一第 一超級電容器脫鹽單元、一第二超級電容器脫鹽單元、及 一共用沉殿單元之零液體排放的水純化系統純化包含離子 溶質之水性液體之方法。 於另一具體例中’本發明提供可用於純化包含一或多種 離子溶質之水性液體之零液體排放的水純化系統。該系統 包含一第一超級電容器脫鹽單元、一第二超級電容器脫鹽 單元、一共用沉澱單元、一第一流體進料管線與一第二流 體進料管線、一產物排放管線與一流體回行迴路。於一具 體例中，至少一超級電容器脫鹽單元包含含有氣凝膠（例 如具有一低電阻率與一高比表面積之碳氣凝膠）之至少一 電極。於某些具體例中，至少一超級電容器脫鹽單元包含 執行電極之離子保留功能之一對帶相反電荷之表面。因此 於特定具體例中’該第一超級電容器脫鹽單元、第二超級 電容器脫鹽單元或兩者可包含至少一對帶相反電荷之表面 且其表面中之至少一者包含氣凝膠。於另一具體例中，該 第一與第二超級電容器脫鹽單元中之至少一者包含含有氣 凝膠之至少一對帶相反電荷之表面。 於一具體例中，本發明提供包含一第一超級電容器脫鹽 單元、一第二超級電容器脫鹽單元、一共用沉澱單元、一 第一流體進料管線與一第二流體進料管線、一第一流體排 放管線與一第二流體排放管線、一產物排放管線、及一流 體回行迴路之零液體排放的水純化系統，其中該第一與第 144052.doc -18· 201029935 一超級電容器脫鹽單元可交替並彼此獨立地與產物排放管 線或共用沉澱單元連接。於一具體例中，當第一超級電容 器脫鹽單元連接共用沉澱單元時其亦連接流體回行迴路， 且第一流體進料管線之至少一部份係連接流體回行迴路。 於一具體例中，該第一與第二超級電容器脫鹽單元可利用 不超過兩個閥門交替且彼此獨立地與產物排放管線或共用 沉澱單元連接。於一具體例中，零液體排放的水純化系統 進一步包含一流體泵。於另一具體例中，共用沉澱單元包 含一補償進料進水口及一連續過濾裝置。於一具體例中， 共用沉澱單元包含選自由伯德（Bird)過濾器、桶式過濾 器、旋轉真空過濾器、離心機、及其等組合所組成之群組 之一連續過濾裝置。於一具體例中，本發明所提供之零液 體排放的水純化系統包含包括一伯德（Bird)過濾器之一共 用沉澱單元。 於一具體例中，本發明提供一零液體排放的水純化系 統’其包含一第一超級電容器脫鹽單元、一第二超級電容 器脫鹽單元、一共用沉澱單元、一第一流體進水管線與一 第二流體進水管線、一第一流體排放管線、一第二流體排 放管線、一產物排放管線、及一流體回行迴路，其中該第 一與第二超級電容器脫鹽單元可交替且彼此獨立地與該產 物排放管線或該共用沉澱單元連接，及其中第一超級電容 器脫鹽單元與第二超級電容器脫鹽單元中之至少一者包含 一能量回收裝置，例如一換流器。 於一具體例中，本發明提供一零液體排放的水純化系 144052.doc -19· 201029935 統’其包含含有可滲透離子的有機塗層，例如可滲透離子 的有機聚合物之至少一對帶相反電荷之表面。 如所述，本發明之各具體例係利用系統或包含可用於連 續除去固體沉澱物之一共用沉澱單元。共用沉澱單元可包 含自上清液體分離出沉澱物之一連續過濾設備。於一具體 例中’該共用沉澱單元包含選自由伯德（Bird)過濾器、桶 式過濾器、旋轉真空過濾器、離心機、及其等組合所組成 群組之一連續過濾設備。於一替代具體例中，該共用沉澱 單兀包含為一離心機之一連續過濾設備。於又一具體例 ❹ 中，該共用沉澱單元包含為一旋轉真空過濾器之一連選過 濾設備。 本發明所提供之方法之特徵在於用於實施本發明之系統 之特定部件中之材料具有多種滯留時間。於—具體例中， 本發明所提供之方法之特徵在於濃縮液A或B於共用沉澱 單元中之滞留時間介於約1分鐘至24小時之間。於一替代 具體例中’本發明所提供之方法之特徵在於濃縮液 於共用㈣單元中之滞留時間介於約iq分鐘至約4小時之© 本發月所提供之方法之各具體例之特徵在於其進料時間 與排料時間。進料時間係超級電容器脫鹽單元於「進料」 模ί操作之時間間隔。排料時間係超級電容器脫鹽單元於 可二連==之時間間隔。雖然進料時間與排料時間 ’皮”、L含離子溶質之水性液體期間所需求而不 〇 相關之進料與排料時間可約等長。 144052.doc •20- 201029935 於-具體例中’本發明所提供之方法之特徵在於至少一 1帶相反電何之表面間之約！伏特之電位降。於—具體例 中’本發明所提供之方法之特徵在於在超級電容器脫鹽單 • 70中至少—料相反電荷之電極間之約1伏特之電位降。 、如所述’當自「進料」模式轉換至「排料」模式時，於 進料超級電谷器脫鹽單元中之超級電容器脫鹽元件之電極 或帶相反電荷之表面發生短路或接受一受控排料。當採取 t控排料方法時’於進料期間儲存於超級電容器脫鹽單元 中之能量可被回收。於一具體例中，本發明所提供之方法 所使用之至少-超級電容器脫鹽單元進行—受控排料及於 進料期間儲存於超級電容器脫鹽單元之能量藉由-或複數 個回收裝置回收。於一具體例令，能量回收裝置係-換流 器。 於-具體例中’本發明提供包含至少一能量回收裝置之 一零液體排放的水純化系統。於—具體例中，能量回收裝 置係一換流器。於一直體相丨由 . • 八體例中，本發明提供包含一換流器 之一零液體排放的水純化系統。 此處所描述之具體例係具有對應於申請專利範圍所引述 之本發明元件之元件的組合、結構、系統、及方法。此* =描述使-般熟習本技藝者能製造及利用具有同樣對應於 申請專利範圍所引述之本發明之元件之替代元件之且體 例。本發明之範圍因此包括與申請專利範圍之字面组—相 同之組合、結構、系統與方法，及進_步包括實質^申 請專利範圍之字面語言相同之其他結構、系統與方法。、雖 144052.doc •21· 201029935 ，但—般熟 附屬項將涵 然於本文已㈣及糾僅料之特徵與具體例 f相關技藝者亦可對其進行許多修飾與變化。 盍此等修飾與變化。 【圖式簡單說明】 圖1係一超級電容器脫鹽單元裝置之概略圖； 圖2係另一超級電容器脫鹽單元裝置； 圖3係圖1之堆疊之一部份分解圖，· 圖4係於根據本發明之特定具體例之操作進料 之一超級電容器脫鹽單元之概視圖； 、期間 圖5係於根據本發明之特定具體例操作之排料模 之一超級電容器脫鹽單元之概視圖； 月間 圖6A與6B係於操作之進料與排料模式期間之_零液體 排放的水純化系統之流程方塊圖； 之零液體排放的水純 圖7A與7B係依照本發明之具體例 化系統之流程方塊圖；及 圖8A與8B係依照本發明 化系統之流程方塊圖。 之具體例之零液體排放的水純 【主要元件符號說明】 10 超級電容器脫鹽單元 10s 第二超級電容器脫鹽單元 12 超級電容器脫鹽單元之外殼 14 超級電容器脫鹽堆疊 16 超級電容器脫鹽元件 18 流體進水口 144052.doc •22- 201029935 ❿ 20 流體出水口 21 洞孔或殼孔 22 方向箭頭 23 方向箭頭 24 電極 25 方向箭頭 26 電極 28 絕緣隔片 30 電流集流器（視情況） 32 支撐板 34 進料流 36 陽離子 38 陰離子 40 產物流 40s 第二產物流 42 飽和沖洗（進料）流 44 排放流 44s 第二排放流 46 再生槽（或沉澱單元） 48 固體沉澱物 50 於「排料」模式之習知零液體排放的水純 化系統 52 於進料期間將進料溶液（未顯示）引導至超 級電容器脫鹽單元及於排料期間將漢縮液 144052.doc -23- 201029935 54 54s 56 56s 58 59 60 5丨導至超級電容器脫鹽單元之雙通間 流體輸入管線(其為進入超級電容器脱越 單元1〇之流體「輸人管」。㈣ 「流進管㈣」載有進科溶液及於排料期 間其載有濃縮液及組成流體回行迴路之— 部份 第二流體輸入管線 流體排放管線（濃縮液與純化液體皆流經 該「流排管（fdl)」 第二流體排放管線 於進料期間將純化液體（未顯示）引導至產 物輸出管線59，或於排料期間將濃縮液 (未顯示）引導至沉澱單元46之雙通閥 產物輸出管線 泵 62 補償輸入〇 64 流體回行迴路 70 水純化系统 144052.doc -24-

Claims (1)

1. 201029935 七、申請專利範圍： 1. —種純化水性液體之方法，該方法包含： 將包含離子溶質之水性進料溶液導入至第一超級電容 器脫鹽單元中，同時自第二超級電容器脫鹽單元排放濃 縮液（濃縮液B)及將該濃縮液B導入至共用沉殿單元中； 及隨後將該水性進料溶液導入至該第二超級電容器脫 鹽單元中，同時自該第一超級電容器脫鹽單元排放濃縮 液（》辰縮液A)及將該濃縮液a導入至該共用沉殿單元 ❹ 中；及 回收純化液體與沉澱物。 2. 如請求項1之方法，其中該水性進料溶液係選自由海 水 &鹽水、冷凝塔排污水、化學處理廢水流、淡鹽 水、鹽水（地表鹽湖）及其等組合所組成之群組。 3. 如請求項1之方法，其中該水性進料溶液係海水。 如清求項1之方法，其中該第一與第二超級電容器脫鹽 早兀中之至少一者包含含有氣凝膠之至少一對帶相反電 荷之表面。 5·如请求項4之方法，其中該等帶相反電荷之表面包含可 渗透離子的塗層。 6·如清求項1之方法，其中該共用沉澱單元包含至少一過 遽設備D 7.如°青求項1之方法’其中該共用沉澱單元包含一選自由 L (Bird)過濾器 '桶式過濾器、旋轉真空過濾器、離 〜機、及其等組合所組成之群組之連續過濾設備。 144052,doc 201029935 8·如請求 ι 々 、±_ '^之万法’該方法之特徵在於該濃縮液A或B於 該八用况殺單元中之滯留時間係介於約1分鐘至約24小 時之間。 9如吻求項1之方法’該方法之特徵在於該濃縮液A或B於 該共用沉澱單元中之滯留時間係介於約5分鐘至約4小時 之間。 士 β求項1之方法，該方法之特徵在於其進料時間與排 料時間實質上係相同的且介於約5分鐘至約4小時之間。 11. 如明求項4之方法，該方法之特徵在於跨過該對帶相反 電荷表面之電位降為約1伏特。 12. 如„月求項i之方法，其中該等超級電容器脫鹽單元中至 少一個係藉由一能量回收裝置（例如一換流器）進行排 料。 13. 種使海水脫鹽之方法，該方法包含： 將海水導入至第一超級電容器脫鹽單元中，同時自第 一超級電容器脫鹽單元排放一濃縮液（濃縮液B)及將該濃 縮液B導入至一共用沉澱單元中； 及隨後將海水導入至第二超級電容器脫鹽單元中，同 時自該第-超級電容器脫鹽單元排放一濃縮液（浪縮液A) 及將該濃縮液A導入至該共用沉澱單元中； 回收純化水；及 視情況回收海鹽沉厥物。 14. 一種純化水性液體之方法，該方法包含： 將包含離子溶質之水性進料溶液導入至一第一超級電 144052.doc 201029935 容器脫鹽單元中，同時自一第二超級電容器脫鹽單元排 放一派縮液（濃縮液B)及將該濃縮液B導入至一共用沉澱 單元中； 及隨後將該水性進料溶液導入至第二超級電容器脫鹽 單元中’同時自該第一超級電容器脫鹽單元排放一濃縮 液（濃缩液A)及將該濃縮液人導入至該共用沉澱單元 中；及 ❹ 15. 回收純化液體與沉澱物； 其中該第一與第二超級電容器脫鹽單元各包含至少一 對帶相反電荷之表面， 該方法之特徵在於該濃縮液於該共用沉殿單元中 之滯留時間係介於約5分鐘至約4小時之間， 該：法之特徵在於進料時間與排料時間實質上係相同 的且介於約5分鐘至約4小時之間， 該方法之特徵在於跨過該對帶 為m伏特， 仰反電何表面之電位降 種零液體排放的水純化系統 (a) 第—超級電容器脫鹽單元 (b) 第二超級電容器脫鹽單元 (c) 共用沉澱單元； (d) 第一流體輪入管線與第 該方法之特徵在於該#第_超級電容器脫鹽單元 -個係藉由一能量回收裝置進行排料。 其包含： 輸入管線； ⑷第-流體排料管線與第二流體排料管線; 144052.doc 201029935 (f) 產物輪出管線；及 (g) 流體回行迴路； 16. 17. 18. 19. 20. 21. 其中該等第一與第二超級電容器脫鹽單元可交替且彼 此獨立地與產物輸出管線或共用沉澱單元連接。 如明求項15之系統，其中當該第一超級電容器脫鹽單元 與/、用"L舨單元連接時，其亦與流體回行迴路連接，及 该第一流體輸人管線之至少__部份與該流體回行迴 接。 如請求項15之系統，其中#該第—超級電容器脫鹽單元 與該產物輸出管線連接時，該第二超級電容器脫鹽單元 與連接該共用沉澱單元及該流體回行迴路連接，及該第 二流體輸入管線之至少一部份與該流體回行迴路連接。 如請求項15之系統，其中該等第-與第二超級電容器脫 鹽單元可利用不多於兩閥Π交替且彼此獨立地與該產物 輸出管線或該共用沉澱單元連接。 如請求項15之系統，其進一步包含一流體泵。 如請求項15之系統’其中該共用沉澱單元包含一補償流 體入口及一連續過濾裝置。 ；， 如請求項15之系統，其中該共用沉澱單元包含_ (Bird)過濾器。 ‘ 144052.doc