DE60023867T2

DE60023867T2 - Elektroentionisierungsvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE60023867T2
Application number: DE60023867T
Authority: DE
Inventors: Anil Jha; Felice Dimascio; C. Gary GANZI; C. Frederick WILKINS
Original assignee: USFilter Corp; United States Filter Corp
Current assignee: Siemens Water Technologies Holding Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: ES2253209T3; EP1169112B1; JP2002535128A; EP1169112A1; CA2358935A1; CA2358935C; US6514398B2; DE60023867D1; WO2000044477A1; US6284124B1; US6312577B1; ATE309037T1; US20020011413A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektroentionisierungsvorrichtung und ein Elektroentionisierungsverfahren und insbesondere auf eine Elektroentionisierungsvorrichtung und ein Elektroentionisierungsverfahren, die Kombinationen elektroaktiver Mittel umfassen, welche eine einheitlichere Verteilung des elektrischen Stroms, einen einheitlicheren Grad der Harzregeneration und eine einheitlichere Entionisierungsleistung bereitstellen.
2. Beschreibung verwandter Techniken
Die Elektroentionisierung (EDI, electrodeionization) ist ein Prozess, der unter Verwendung von elektrisch aktiven Mitteln und einem elektrischen Potential zur Beeinflussung des Ionentransports ionisierbare Spezies aus Flüssigkeiten entfernt. Die elektrisch aktiven Mittel können dazu dienen, alternierend ionisierbare Spezies zu sammeln und abzugeben oder den Transport von Ionen durch ionische oder elektronische Substitutionsmechanismen kontinuierlich zu erleichtern. EDI-Geräte können Mittel mit dauerhafter oder temporärer Ladung beinhalten und können periodisch, diskontinuierlich oder kontinuierlich betrieben werden. EDI-Geräte können betrieben werden, um elektrochemische Reaktionen zu bewirken, die spezifisch ausgeführt sind, um Leistung zu erzielen oder zu verbessern, und können elektrisch aktive Membranen wie zum Beispiel halbdurchlässige Ionenaustauschmembranen oder bipolare Membranen beinhalten.
Bei der kontinuierlichen Elektroentionisierung (CEDI, continuous electrodeionization), die Prozesse wie zum Beispiel die kontinuierliche Entionisierung, die Elektrodialyse gefüllter Zellen oder die Elektrodiarese (EDR) umfasst, sind die Ionentransporteigenschaften der elektrisch aktiven Mittel die primären Sortierungsparameter. Diese Prozesse werden zum Beispiel von Kollsman in US Patent Nr. 2,815,320; Pearson in US Patent Nr. 2,794,777; Kressman in US Patent Nr. 2,923,674; Parsi in US Patenten Nr. 3,149,061 und 3,291,713; Korngold et al. in US Patent Nr. 3,686,089; Davis in US Patent Nr. 4,032,452; US Patent Nr. 3,869,376; O'Hare in US Patent Nr. 4,465,573; Kunz in US Patenten Nr. 4,636,296 und 4,687,561 und Giuffrida et al. in US Patent Nr. 4,632,745 beschrieben. Ein typisches CEDI-Gerät beinhaltet alternierende elektroaktive halbdurchlässige Anionen- und Kationenionenaustauschmembranen. Die Räume zwischen den Membranen sind konfiguriert, um Fluidflusskammern mit Einlassöffnungen und Auslassöffnungen zu erzeugen. Ein quergerichtetes elektrisches Gleichstromfeld wird von einer externen Stromquelle unter Verwendung von Elektroden an den Grenzen der Membranen und der Kammern angelegt. Oft werden Elektrolytkammern bereitgestellt, so dass Reaktionsprodukte von den Elektroden von den anderen Flusskammern getrennt werden können. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes werden die Ionen in der Flüssigkeit von ihren jeweiligen Gegenelektroden angezogen. Die Kammern, die durch die der Anode gegenüberstehende elektroaktive Anionenmembran und die der Katode gegenüberstehende elektroaktive Kationenmembran begrenzt sind, werden ionisch abgereichert, und die Kammern, die durch die der Katode gegenüberstehende elektroaktive Kationenmembran und die der Anode gegenüberstehende elektroaktive Anionenmembran begrenzt sind, werden ionisch konzentriert. Das Volumen innerhalb der Ionenabreicherungskammern, und vorzugsweise innerhalb der Ionenkonzentrationskammern, beinhaltet auch elektrisch aktive Mittel. Bei kontinuierlichen Entionisierungsgeräten können die Mittel innig gemischte Anionen- und Kationenaustauschharze beinhalten. Das Ionenaustauschmittel verbessert den Transport von Ionen innerhalb der Kammern und kann auch als Substrat für kontrollierte elektrochemische Reaktionen dienen. Die Konfiguration ist bei EDR-Geräten ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Mittel getrennte und manchmal alternierende Schichten von Ionenaustauschharz beinhalten. Bei diesen Geräten beinhaltet jede Schicht im Wesentlichen Harze der gleichen Polarität (entweder Anionen- oder Kationenharz), und die zu entionisierende Flüssigkeit fließt sequenziell durch die Schichten.
Die Leistung der CEDI kann durch die Schwierigkeit, mit dem Gerät die gewünschte Verteilung des elektrischen Stroms zu erhalten, begrenzt werden. Elektroaktive Mittel mit einer dauerhaften Ladung können ihre Eigenschaften des elektrischen Widerstands je nach ihrer ionischen Form auf unerwünschte Weise ändern. Bei der Ionensubstitution von Natrium durch Wasserstoffionen während der EDR zum Beispiel transportieren die meisten Kationenaustauschharze vorzugsweise Wasserstoffion anstatt des erwünschten Transports des Natriumions. Dies führt zu elektrischer Ineffizienz und kann unter bestimmten Bedingungen pH-Wertverschiebungen bewirken, die gegenüber wertvollen Produkten innerhalb der Flüssigkeit schädlich sind. In einem anderen Beispiel kann ein gegebenes elektroaktives Mittel wünschenswert für Transporteigenschaften sein, wie etwa die Typ-II-Anionenmembran und -harze zur kontinuierlichen Entionisierung und EDR, kann jedoch die unerwünschten Eigenschaften des Katalysierens der Ionisierungsreaktion von Wasser zu Wasserstoff und Hydroxidionen aufweisen.
NL 776,469 offenbart eine elektrolytische Entionisierungsvorrichtung, die separate Strata an Anionenaustauschern und Kationenaustauschern umfasst.
WO97/46492 offenbart eine Elektroentionisierungsvorrichtung zum Aufbessern der Geschwindigkeit der Siliziumdioxidentfernung, bei der unbehandeltes Wasser zuerst durch eine Anionenaustauschschicht geführt wird, gefolgt von anderen Ionenaustauschmaterialien.
EP-A-0870533 offenbart eine Elektroentionisierungsvorrichtung mit einer Entmineralisierungskammer mit gemischten Schichten von Kationen- und Anionenaustauschharzkügelchen. Es besteht jedoch kein Hinweis auf ein Ausgleichen der Leitfähigkeit der Schichten oder auf eine Analyse des durch ein solches Mischen hervorgerufenen Flusses.
Es besteht daher immer noch Bedarf an einer aufgebesserten Elektroentionisierungsvorrichtung mit einer aufgebesserten Verteilung des elektrischen Stroms und einer aufgebesserten Entionisierungsleistung. Und schließlich besteht ein Bedarf an der Bereitstellung aufgebesserter Verfahren des Betriebs einer Elektroentionisierungsvorrichtung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß bezieht sich die vorliegende Erfindung in einem Aspekt auf eine Elektroentionisierungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet:
eine Ionenabreicherungskammer, die alternierende Schichten von Ionenaustauschharzmaterial beinhaltet, wobei mindestens eine der alternierenden Schichten ein Dotantmaterial beinhaltet,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten ausgeglichen wird, wobei das Dotantmaterial ein inertes oder elektroaktives Mittel ist, und der vorherrschende Mechanismus des Ionenaustauschs in der mindestens einen Schicht der Transport von Ionen von Interesse in eine einzige Richtung ist.
Das Kationenharzmaterial könnte mit dem spezialisierten elektroaktiven Mittel dotiert sein. Das spezialisierte elektroaktive Mittel umfasst ungefähr 60 Prozent eines Typ-I-Anionenharzmaterials.
In noch einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Reinigen eines Fluids in einer Elektroentionisierungsvorrichtung, das Folgendes beinhaltet:
Bereitstellen einer Elektroentionisierungsvorrichtung mit einer Ionenabreicherungskammer;
Bereitstellen einer ersten Schicht Ionenaustauschharzmaterial mit einem ersten Leitfähigkeitswert und einer zweiten Schicht Ionenaustauschharzmaterial mit einem zweiten Leitfähigkeitswert, der sich von dem ersten unterscheidet;
Reduzieren des Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Leitfähigkeitswert durch das Zugeben eines Dotantmaterials zu entweder der ersten oder der zweiten Schicht;
Positionieren der ersten und der zweiten Schicht als alternierende Schichten in der Ionenabreicherungskammer;
Führen eines Fluidstroms durch die Ionenabreicherungskammer; und
Anwenden eines elektrischen Felds über die Elektroentionisierungsvorrichtung hinweg,
dadurch gekennzeichnet, dass das Dotantmaterial ein inertes oder elektroaktives Mittel ist, und dass der vorherrschende Mechanismus des Ionenaustauschs in der Schicht, die das Dotantmaterial beinhaltet, der Transport der Ionen von Interesse in eine einzige Richtung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1A eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ionenabreicherungszelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine Konfiguration alternierender Ionenaustauschharzmaterialschichten darstellt;
1B eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ionenabreicherungszelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine weitere Konfiguration alternierender Ionenaustauschharzmaterialschichten darstellt;
1C eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ionenabreicherungszelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine weitere Konfiguration alternierender Ionenaustauschharzmaterialschichten darstellt;
1D eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ionenabreicherungszelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine weitere Konfiguration alternierender Ionenaustauschharzmaterialschichten darstellt;
1E eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ionenabreicherungszelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine weitere Konfiguration alternierender Ionenaustauschharzmaterialschichten darstellt;
1F eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ionenabreicherungszelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine weitere Konfiguration alternierender Ionenaustauschharzmaterialschichten darstellt;
2 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ionenabreicherungszelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die eine Ausführungsform mit alternierenden Ionenaustauschharzmaterialschichten von im Wesentlichen einheitlicher Größe darstellt; und
3A eine schematische Gluerschnittsansicht durch eine Elektroentionisierungsvorrichtung ist, die die Fluid- und Ionenflussrichtung durch Ionenabreicherungs-, Ionenkonzentrations- und Elektrolytenkammern darstellt;
3B eine schematische Querschnittsansicht durch die Elektroentionisierungsvorrichtung aus 3A ist, in der die Ionenkonzentrationskammer mit alternierenden Schichten von Ionenaustauschharzkügelchen gefüllt ist;
3C eine schematische Querschnittsansicht durch die Elektroentionisierungsvorrichtung aus 3A ist, in der die Ionenkonzentrationskammer mit Kationenaustauschharzkügelchen einheitlicher Größe gefüllt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektroentionisierungsvorrichtung und ein Elektroentionisierungsverfahren, die durch Ausgleichen der relativen Leitfähigkeit alternierender Schichten von in einer Ionenabreicherungskammer positioniertem Ionenaustauschharzmaterial relativ hoch reines Wasser und geringen spezifischen elektrischen Widerstand bereitstellen. Die Elektroentionisierungsvorrichtung stellt eine einheitlichere Verteilung des elektrischen Stroms und eine einheitlichere Entionisierungsleistung bereit. Eine Elektroentionisierungsvorrichtung kann auf Technologien wie etwa kontinuierlicher Elektroentionisierung, Elektrodiarese, Elektrodialyse gefüllter Zellen, elektrochemischem Ionenaustausch, kapazitiver Entionisierung und dergleichen basieren. Zum Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Elektroentionisierungsvorrichtung eine EDI-Vorrichtung wie etwa die von Kunz in den US Patenten Nr. 4,636,296 und 4,687,561 offenbarten Vorrichtungen. Die Elektroentionisierungsvorrichtung kann auf verschiedenen Konfigurationen wie etwa einer Spiralausführung, einer Platten- und Rahmenausführung und einer kreisförmigen Ausführung basieren.
Das Verfahren der Erfindung involviert das schichtartige Anordnen verschiedener Typen elektroaktiver Mittel, die jeweils einen unterschiedlichen Leitfähigkeitswert aufweisen, in einer Ionenabreicherungskammer. Die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten von Ionenaustauschharzmaterial wird ausgeglichen, um eine einheitlichere Verteilung des Stroms und schließlich eine aufgebesserte Entionisierungsleistung bereitzustellen. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung bedeuten die Begriffe „ausgeglichen" oder „ausgleichend" eine Reduktion des Unterschieds der Leitfähigkeit zwischen zwei benachbarten Schichten von elektroaktiven Mitteln. Ein potentielles Problem, das entstehen könnte, wenn die Verteilung des Stroms unausgeglichen ist, entsteht in den Fällen, wo Ionenaustauschharzmaterialien in situ durch Wasserstoff- und Hydroxylionen regeneriert werden, wie in US Patent Nr. 5,858,191 offenbart. Wie offenbart, findet die Harzregeneration dort statt, wo der meiste Strom fließt, und an anderen Stellen findet kaum oder keine Regeneration statt. Daher wird das stärker leitende Harz regeneriert, während das geringer leitende Harz nur minimal oder gar nicht regeneriert wird, was zu einer Verschmutzung des geringer leitenden Harzes führt. In der vorliegenden Erfindung wird die Verteilung des Stroms der Vorrichtung ausgeglichen, indem mindestens eine Schicht des elektroaktiven Mittels dotiert wird. „Dotiertes Material", wie hier verwendet, bedeutet ein elektroaktives Mittel, dem zum Zweck des Einstellens der elektrochemischen Merkmale des elektroaktiven Mittels ein Dotantmaterial zugegeben wurde. Das „Dotantmaterial" kann ein inertes oder elektroaktives Mittel, vorzugsweise Anionen- oder Kationenaustauschharzkügelchen sein.
Im herkömmlichen Mischbett oder bei Mischungen gegensätzlich geladener Ionenaustauschharzmaterialien basiert der Mechanismus des Ionenaustausches auf dem Ionentransport. Das heißt, Ionen mit gegensätzlichen Ladungen werden von dem Entionisierungsabteil gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen transportiert. Ein solcher Mechanismus findet nicht in innigen Mischungen aus Ionenaustauschmaterialien mit der gleichen Ladung oder in Mischungen einer einzigen Ladung und eines inerten Materials statt. Das heißt, sie werden nie als Mischbett wirken. Im Gegensatz hierzu herrscht in der vorliegenden Erfindung die Ionensubstitution vor, der meiste Strom fließt in eine Richtung und die Ionen von Interesse werden in eine einzige Richtung transportiert. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung kann ein elektroaktives Material bis zu dem Punkt als „dotiert" betrachtet werden, bei dem der Transport von Ionen in beide Richtungen der vorherrschende Mechanismus ist, d. h. bis das elektroaktive Material beginnt, als ein Mischbett zu wirken. Dem Fachmann wird es verständlich sein, dass Mischbetten, in denen der Ionentransport endet oder minimiert wird und in denen die Ionensubstitution vorherrscht, für den Zweck der vorliegenden Erfindung als dotierte Materialien betrachtet werden können. Ferner wird es dem Fachmann verständlich sein, dass die maximale Dotantmenge, die zu einem elektroaktiven Mittel gegeben werden kann, bevor der Ionentransport vorherrscht, je nach den verwendeten Materialien variiert.
Gemäß der Erfindung können alternierende Schichten von Anionenaustauschharzkügelchen und Kationenaustauschharzkügelchen in beliebiger Sequenz in der Ionenabreicherungskammer positioniert werden. Beispiele solcher elektroaktiven Mittel werden durch die Anwendung hinweg verwendet und werden unten genauer beschrieben. Das heißt, es können entweder Anionenaustauschharzkügelchen oder Kationenaustauschharzkügelchen in der ersten oder obersten Schicht der Ionenabreicherungskammer positioniert werden. Darüber hinaus können entweder eine oder beide Schichten der Kügelchen dotiert sein. Im Sinne einer leichteren Herstellung wird bevorzugt, dass die Schichten unter Verwendung von Kügelchen von den alternierenden Schichten dotiert werden. Zum Beispiel wird eine Schicht aus Anionenaustauschharzkügelchen vorzugsweise mit Kationenaustauschharzkügelchen eines in einer benachbarten Schicht verwendeten Typs dotiert. Umgekehrt wird eine Schicht aus Kationenaustauschharzkügelchen vorzugsweise mit Anionenaustauschharzkügelchen eines in einer benachbarten Schicht verwendeten Typs dotiert.
Im Sinne einer einfacheren Illustration weisen alle hierin beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele einen Bezug auf Ionenaustauschharzkügelchen auf. Es versteht sich jedoch, dass Kügelchen lediglich zum Zweck der Illustration verwendet werden und dass die Erfindung jeden beliebigen anderen Typ an elektroaktivem Mittel umfasst.
In den 1A–1F sind variierende schematische Querschnittsansichten einer Ionenabreicherungskammer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß den Ausführungsformen werden alternierende Schichten oder Betten von Ionenaustauschharzmaterial in der Ionenabreicherungskammer 10 in einem zentralen Raum positioniert, der zwischen einer Anionen durchlässigen Membran 26 und einer Kationen durchlässigen Membran 24 gebildet wird. Der zentrale Raum oder Abstand zwischen den Membranen kann je nach erwünschter Reinheit des Produktwassers variiert werden. Der Abstand zwischen den Membranen kann je nach erwünschter Produktwasserreinheit eingestellt werden und ist üblicherweise größer als 1,6 mm (1/16 Inch). In einer Anwendung, die sehr hoch reines Wasser erfordert, zum Beispiel mit einem spezifischen Widerstand zwischen ungefähr 16 Megaohm und ungefähr 18 Megaohm, wurde der bevorzugte Abstand zwischen den Membranen im Bereich von ungefähr 1,6 mm (1/16 Inch) bis ungefähr 4,8 mm (3/16 Inch), und am besten ungefähr 3,2 mm (1/8 Inch) festgestellt. In einer anderen Anwendung mit einem geringeren Reinheitserfordernis, zum Beispiel mit einem spezifischen Widerstand zwischen ungefähr 9 Megaohm und ungefähr 12 Megaohm aufweist, wurde der bevorzugte Abstand zwischen den Membranen im Bereich von ungefähr 6,4 mm (1/4 Inch) bis ungefähr 12,7 mm (1/2 Inch), am besten ungefähr 9,6 mm (318 Inch) festgestellt.
In der Ionenabreicherungskammer der vorliegenden Erfindung wird mindestens eine Schicht von Ionenaustauschharzmaterial 28 und Ionenaustauschharzmaterial 30 erfordert, obwohl auch mehrere verwendet werden können. Die Anzahl der Schichten in der Ionenabreicherungskammer kann zum Teil durch die Höhe des Modulrahmens bestimmt werden. Die Stärke der Schichten kann unter anderem je nach Abstand zwischen den Membranen variieren. In der Praxis wird die Schichtstärke, die auch als die Betthöhe bekannt ist, durch die minimale Stärke begrenzt, die erforderlich ist, um ein Verschieben und unerwünschtes Mischen der alternierenden Schichten der Harze während der Verwendung zu reduzieren. in einigen Fällen kann es notwendig sein, die Stärke der alternierenden Schichten zu variieren, es wird jedoch bevorzugt, dass die einzelnen Schichten in der Ionenabreicherungskammer im Wesentlichen die gleiche Stärke aufweisen. Obwohl die Verwendung von nur zwei alternierenden Harzschichten in der Ionenabreicherungskammer ausreichend ist, werden üblicherweise bis zu acht oder sogar mehr Schichten gleicher oder unterschiedlicher Höhe verwendet.
In einem Aspekt der Erfindung, der in 1A–1C dargestellt ist, ist die erste oder oberste Schicht vorzugsweise ein Anionenaustauschharzmaterial 28 und die zweite Schicht ist vorzugsweise ein Kationenaustauschharzmaterial 30. In einer Ausführungsform, die in 1A dargestellt ist, ist die erste Schicht von Anionenaustauschharzmaterial 28 vorzugsweise mit einem Dotantmaterial 38 dotiert, während die zweite Schicht von Kationenaustauschharzkügelchen 30 vorzugsweise undotiert ist. Umgekehrt ist in einer Ausführungsform, die in 1B dargestellt ist, die erste Schicht von Anionenaustauschharzmaterial 28 vorzugsweise undotiert, während die zweite Schicht von Kationenaustauschharzmaterial 30 vorzugsweise mit einem Dotantmaterial 38 dotiert ist. In einer anderen Ausführungsform, die in 1C dargestellt ist, sind vorzugsweise sowohl die erste Schicht von Anionenaustauschharzmaterial 28 als auch die zweite Schicht von Kationenaustauschharzmaterial 30 vorzugsweise mit einem Dotantmaterial 38 dotiert.
1D–1F stellen einen anderen Aspekt der Erfindung dar, in dem die erste oder oberste Schicht in der Ionenabreicherungskammer ein Kationenaustauschharzmaterial 30 ist und die zweite Schicht ein Anionenaustauschharzmaterial 28 ist. In einer Ausführungsform, die in 1D dargestellt ist, ist die erste Kationenaustauschharzmaterialschicht 30 vorzugsweise mit einem Dotantmaterial 38 dotiert, während die zweite Anionenharzmaterialschicht 28 vorzugsweise undotiert ist. Umgekehrt ist in einer weiteren Ausführungsform, die in 1E dargestellt ist, die erste Kationenaustauschharzmaterialschicht 30 vorzugsweise undotiert, während die zweite Anionenaustauschharzmaterialschicht 28 vorzugsweise mit einem Dotantmaterial 38 dotiert ist. In einer weiteren Ausführungsform, die in 1F dargestellt ist, sind vorzugsweise sowohl die erste Kationenaustauschharzmaterialschicht 30 als auch die zweite Anionenaustauschharzmaterialschicht 28 mit einem Dotantmaterial 38 dotiert. Wenn entweder eine oder beide der alternierenden Schichten dotiert sind, können sie mit dem gleichen Dotantmaterial dotiert sein oder sie können mit unterschiedlichen Dotantmaterialien dotiert sein. Wenn entweder eine oder beide der alternierenden Schichten von Ionenaustauschharzmaterial 28 and 30 dotiert sind, sind sie vorzugsweise mit weniger als ungefähr 50 Volumenprozent, noch besser weniger als ungefähr 40 Volumenprozent, noch besser weniger als ungefähr 30 Volumenprozent, noch besser weniger als ungefähr 20 Volumenprozent und am besten noch weniger als ungefähr 10 Volumenprozent eines Dotantmaterials der zu dotierenden Schicht dotiert. Wie oben erwähnt, kann das Dotantmaterial ein inertes oder elektroaktives Mittel sein, vorzugsweise Anionen- oder Kationenaustauschharzkügelchen.
Die optimalen Verhältnisse von Dotantmaterial und Ionenaustauschharzkügelchen können zum Teil je nach Abstand zwischen den Membranen, der Stärke der Schichten, der Zusammensetzung von sowohl dem Dotantmaterial als auch den zu dotierenden Ionenaustauschharzkügelchen, der Größe und Einheitlichkeit der Kügelchen und den funktionellen Gruppen in den Oberflächenbereichen der Kügelchen variieren. Dem Fachmann wird es unmittelbar ersichtlich sein, dass sich, wenn sich der Unterschied der Leitfähigkeit zwischen zwei Harzen vergrößert, die Menge an Harz, die erforderlich ist, um eine Veränderung der Leitfähigkeit des Ionenaustauschharzmaterials zu bewirken, vergrößern kann. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, die Menge an Dotantmaterial zu minimieren, um Veränderungen der Eigenschaften des Ionenaustauschharzmaterials, zu dem es hinzugegeben wird, zu verhindern oder minimieren.
Außerdem können die verbleibenden Ionenkonzentrations- und Etektrodenkammern in allen hier offenbarten Ausführungsformen mit herkömmlichem Ionenaustauschharzmaterial gefüllt werden, das wie in den Ionenabreicherungskammern alterniert werden kann. Diese Kammern können auch mit einem inerten Material wie zum Beispiel Polypropylen gefüllt sein, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Alternativ dazu können die verbleibenden Ionenkonzentrations- und Elektrodenkammern eine inerte Struktur wie zum Beispiel einen Filter oder ein Netz darin positioniert aufweisen. Es sollte verständlich sein, dass jeder beliebige Typ von elektroaktivem Mittel in den Ionenkonzentrations- und Elektrodenkammern verwendet werden kann, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Kationenaustauschharzmaterial, Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial, Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial, schwach basischem Anionenaustauschharzmaterial, synthetischer Materialien einschließlich Kohle, Zeolithharzmaterial, inerter Materialien und Mischungen davon, die weiter unten genauer beschrieben werden.
Ein inertes Material kann aus jedem beliebigen Material gebildet werden, das weder Strom leitet noch an Wasserdissoziation beteiligt ist, während es das Durchführen des Fluidflusses durch die Ionenabreicherungszelle ermöglicht. Die Entionisierungsleistung variiert jedoch je nach dem für die Verwendung in solchen Kammern ausgewählten Harzmaterial. Dem durchschnittlichen Fachmann wird es ersichtlich sein, dass eine optimale Leitfähigkeit und Entionisierungsleistung durch die Verwendung eines beliebigen Typs von Material erhalten wird, der über die Vorrichtung hinweg die höchste Leitfähigkeit oder den geringsten spezifischen Widerstand zusammen mit der besten Entionisierungsleistung erzielt. Ein einfacher Test zum Auswählen des besten zu verwendenden Materials besteht daher darin, zu bestimmen, welcher Materialtyp durch das Modul hindurch die größte Leitfähigkeit oder den niedrigsten spezifischen Widerstand bereitstellt. Der durchschnittliche Fachmann kann dies durch Routineexperimente bewerkstelligen. Die Anordnung alternierender Schichten in der Ionenkonzentrationskammer zusätzlich zu den alternierenden Schichten in der Ionenabreicherungskammer würde einen direkten Stromflussweg von Elektrode zu Elektrode durch das Material mit einer höheren Leitfähigkeit eliminieren und die Einheitlichkeit der Verteilung des elektrischen Stroms im ganzen Modul verbessern.
Generell ist es in allen hier offenbarten Ausführungsformen vorteilhaft, den kleinstmöglichen Kügelchendurchmesser zu verwenden, um den zur Verfügung stehenden Oberflächenbereich des elektroaktiven Mittels zu maximieren. Dem durchschnittlichen Fachmann wird es jedoch verständlich sein, dass kleinere Kügelchen zu verstärkten Druckabfällen über das Ionenabreicherungsabteil hinweg führen, wodurch die Betriebseffizienz herabgesetzt werden würde. Daher wird die minimale Größe der Kügelchen durch den maximal zulässigen Druckabfall über die Ionenabreicherungskammer hinweg begrenzt, der je nach Ausführung der Vorrichtung variieren kann. Ein durchschnittlicher Fachmann ist in der Lage, die Größe der Kügelchen anhand von Routineexperimenten auszuwählen, wobei die Entionisierungsleistung als bestimmender Faktor verwendet wird.
Außerdem kann die Entionisierungsleistung gemäß allen hier offenbarten Ausführungsformen weiter aufgebessert werden, indem in den in den Ionenabreicherungskammern positionierten alternierenden Schichten Ionenaustauschharzkügelchen von im Wesentlichen einheitlicher Größe verwendet werden. „Im Wesentlichen einheitlich", wie hier mit Bezug auf die Kügelchengröße verwendet, bedeutet, dass 90 Prozent der Kügelchen eine Größe von +/–10 Prozent der mittleren Kügelchengröße aufweisen und dass die relative Durchschnittsgröße einer ionischen Form der Kügelchen zu einer zweiten ionischen Form der Kügelchen in einer Mischung von Kügelchen mindestes 0,8 beträgt, Wenn Kügelchen in ein Abteil gepackt werden, variieren die Packdichte und die Größe von Hohlräumen zwischen den Kügelchen je nach dem zu füllenden Volumen als auch der Größe und Einheitlichkeit der Kügelchen. Wenn nicht einheitliche Kügelchen verwendet werden, werden die Kügelchen üblicherweise in einigen Bereichen dichter gepackt, was zu einer Vielfalt an Hohlräumen oder Volumen führt, wobei die Hohlraumvolumen in dem Abteil variieren. In Folge dessen kann Strom durch die dichter gepackten Bereiche wandern, was zu einer nicht einheitlichen Verteilung des Stroms führt. Im Gegensatz dazu sind die Kügelchen bei einer Verwendung von einheitlichen Kügelchen im gesamten Abteilvolumen einheitlicher gepackt, was zu einheitlicher bemessenen Hohlräumen im gesamten Abteilvolumen führt und schließlich eine einheitlichere Verteilung des Stroms bereitstellt. Es versteht sich, dass, wenn sich das Verhältnis von im Wesentlichen einheitlichen Kügelchen zu nicht einheitlichen Kügelchen vergrößert, ein stärkerer Anstieg der Entionisierungsleistung erzielt wird. Das heißt, es ist nicht notwendig, 100 Prozent im Wesentlichen einheitliche Kügelchen zu verwenden, um einen Nutzen bei der Entionisierungsleistung zu erzielen.
Kommerziell erhältliche Beispiele elektroaktiver Mittel in Form von Ionenaustauschharzmaterialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Harze der Reihe DOWEX^TM MARATHON^TM (z. B. DOWEX^TM-MARATHON^TM-C-Kationenharze, MARATHON^TM-A- und MARATHON^TM-A2-Anionenharze), DOWEX^TM-WBA-(schwach basische-)Anionenharze, DOWEX^TM-11-Typ-I-Anionenharz, DOWEX^TM-SAR-Anionenharz (z. B. DOWEX^TM-SAR-Typ-II-Anionenharze). Andere kommerziell erhältliche Beispiele von Ionenaustauschharzen umfassen Harze der AMBERJET^TM-Reihe (Handelsmarken von Rohm & Haas Corporation, Philadelphia, Pa.), wie zum Beispiel AMBERJET^TM-4600-Typ-II-Anionenharze. DOWEX^TM-MARATHON^TM-C-Kationenharz ist ein gelartiges, stark saures Kationenaustauschharz mit funktionellen Sulfonsäuregruppen. DOWEX^TM MARATHON^TM A ist ein gelartiges, stark basisches Typ-I-Anionenaustauschharz mit funktionellen quartären Ammoniumgruppen. DOWEX^TM MARATHON^TM A2 ist ein gelartiges, stark basisches Typ-II-Anionenaustauschharz mit funktionellen Dimethylethanolamingruppen. Ein besonders bevorzugtes Beispiel eines Ionenaustauschharzmaterials sind die Harze der Reihen DOWEX^TM MARATHON^TM MSA und MSC. DOWEX^TM MARATHON^TM MSA ist ein makroporöses stark basisches Typ-I-Anionenaustauschharz mit hoher Kapazität mit funktionellen Gruppen und mittleren Partikelgrößen im Bereich von 590 bis 690 Mikrometer. Das DOWEX^TM-MARATHON^TM-MSC-Ionenaustauschharz ist ein makroporöses stark saures Kationenaustauschharz mit hoher Kapazität mit funktionellen Sulfonsäuregruppen und einheitlichen Partikelgrößen im Bereich von 450 bis 570 Mikrometer. Sowohl die DOWEX^TM-MARATHON^TM-MSA- als auch MSC-Ionenaustauschharze sind durch hohen Wassergehalt, ein hohes Maß an Quervernetzung gekennzeichnet und sind daher vorteilhaft für das Entfernen von Siliziumdioxid und ebenfalls für CEDI-Anwendungen.
Andere kommerziell erhältliche Beispiele von Ionenaustauschharzmaterialien mit im Wesentlichen einheitlichen Kügelchen umfassen DOWEX^TM-MONOSPHERE^TM-650C-Kationenharz (Dow Chemical Company) mit einer durchschnittlichen Kügelchengröße von ungefähr 650 Mikrometer und DOWEX^TM-MONOSPHERE^TM-550A-Typ-I-Anionenharz (Dow Chemical Company) mit einer durchschnittlichen Kügelchengröße von ungefähr 550 Mikrometer.
Andere Typen elektroaktiver Mittel umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Zeolithharzmaterial, synthetische Aktivkohlen, hypervernetzte Sorbentharze wie zum Beispiel PUROLITE^TM-HYPERSOL-MACRONET^TM-Sorbentharze (Handelsmarken der Purolite Company, Bala Cynwyd, PA), synthetische kohlenstoffhaltige Adsorbenzien wie zum Beispiel AMBERSORB^TM-kohlenstoffhaltige-Adsorbenzien (Handelsmarke von Rohm & Haas Corporation) und G-BAC^TM-Absorbenzien (Handelsmarke von Kureha Chemical Industry Co., Ltd., Japan), polymere adsorbierende Harzkügelchen, die angefertigt werden durch alkyline brückenbildende halogenalkylierte, porogen-modifizierte quervernetzte Copolymerkügelchen mit Mikroporositäten im Bereich von ungefähr 0,2 und 0,5 cm³/cm, Mesoporositäten von mindestens ungefähr 0,5 cm³/g und einer Gesamtporosität von mindestens ungefähr 1,5 cm³/g, wie zum Beispiel von Stringfield in US Patent Nr. 5,460,725 offenbart, und katalytischer Kohle, wie zum Beispiel von Hayden in US Patent Nr. 5,444,031 und Matviya et al. in US Patent Nr. 5,356,849 offenbart.
In 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer bevorzugten Ionenabreicherungskammer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform werden alternierende Schichten oder Betten von Ionenaustauschharzmaterial 28 und 30 in der Ionenabreicherungskammer 10 in einem zentralen Raum positioniert, der zwischen einer Anionen durchlässigen Membran 26 und einer Kationen durchlässigen Membran 24 gebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier alternierende Ionenaustauschharzschichten in der Ionenabreicherungskammer positioniert. Ferner liegt der Abstand zwischen den Membranen in der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise im Bereich von ungefähr 6,4 mm (114 Inch) bis ungefähr 9,6 mm (318 Inch) und die Schichtstärke liegt zwischen ungefähr 5,08 cm (2 Inch) und ungefähr 10,16 cm (4 Inch).
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Ionenabreicherungskammer 10 vorzugsweise eine Schicht von Anionenaustauschkügelchen 28, die in dem zentralen Raum, der zwischen der Anionen durchlässigen Membran 26 und der Kationen durchlässigen Membran 24 der Ionenabreicherungskammer 10 gebildet ist, mit einer Schicht von Kationenaustauschharzkügelchen 30 alterniert werden. Vorzugsweise reicht die Größe der in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Anionen- und Kationenharzkügelchen von ungefähr 200 μm bis ungefähr 800 μm, besser noch von ungefähr 400 bis ungefähr 700 μm, und besser noch von ungefähr 550 μm bis ungefähr 650 μm. Vorzugsweise sind die Anionenaustauschharzkügelchen ein spezialisiertes elektroaktives Mittel, wie in US Patent Nr. 5,868,915 beschrieben. Im Sinne einer leichteren Herstellung wird bevorzugt, dass die Kationenaustauschharzkügelchen mit dem gleichen Anionenaustauschmaterial, das in den alternierenden Schichten verwendet wurde, dotiert werden. Ein solches bevorzugtes spezialisiertes elektroaktives Mittel ist ein Anionenaustauschharzmaterial, das zwischen ungefähr 1 Volumenprozent und ungefähr 20 Volumenprozent, besser noch zwischen ungefähr 5 Volumenprozent und ungefähr 15 Volumenprozent und am besten ungefähr 10 Volumenprozent Typ-II- oder schwach basisches Anionenaustauschharzmaterial umfasst, wobei der Rest Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial beinhaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Anionenaustauschharzmaterialschichten ungefähr 90 Volumenprozent der Schicht Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial und ungefähr 10 Volumenprozent der Schicht Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial, und die Kationenaustauschharzschichten sind mit ungefähr 22,5 Volumenprozent der Schicht des Typ-I-Anionenaustauschharzmaterials und 2,5 Volumenprozent der Schicht Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial der Schicht, dotiert. Wenn Harzkügelchen mit einheitlicher Größe verwendet werden, umfassen die Kationenaustauschharzmaterialschichten vorzugsweise ungefähr 36 Volumenprozent der Schicht Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial und ungefähr 4 Volumenprozent der Schicht Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial.
Die Schicht des dotierten Kationenaustauschharzmaterials 30 in der Ionenabreicherungskammer 10 umfasst auf der Grundlage des Volumens der Schicht vorzugsweise zwischen ungefähr 50 Volumenprozent und ungefähr 99 Volumenprozent von Kationenaustauschharzmaterial, das mit zwischen ungefähr 1 Volumenprozent und ungefähr 50 Volumenprozent Anionenaustauschharzmaterial dotiert ist, besser noch zwischen ungefähr 60 Volumenprozent und ungefähr 90 Volumenprozent eines Kationenaustauschharzmaterials, das mit zwischen 10 Volumenprozent und ungefähr 40 Volumenprozent Anionenaustauschharzmaterial dotiert ist; und noch besser zwischen ungefähr 70 Volumenprozent und ungefähr 80 Volumenprozent eines Kationenaustauschharzmaterials, das mit zwischen ungefähr 20 Volumenprozent und ungefähr 30 Volumenprozent Anionenaustauschharzmaterial dotiert ist. Das heißt, die dotierten Kationenaustauschharzschichten 30 umfassen gemäß diesem Aspekt der Erfindung auf der Grundlage des Volumens der Schicht vorzugsweise zwischen ungefähr 50 Volumenprozent und ungefähr 99 Volumenprozent Kationenaustauschharzmaterial, die mit zwischen ungefähr 0,1 Volumenprozent und ungefähr 5 Volumenprozent an Typ-II- Anionenaustauschharzmaterial dotiert sind, und zwischen ungefähr 0,9 Volumenprozent und ungefähr 45 Volumenprozent Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial; noch besser zwischen ungefähr 60 Volumenprozent und ungefähr 90 Volumenprozent Kationenaustauschharzmaterial, das mit zwischen ungefähr 1 Volumenprozent und ungefähr 4 Volumenprozent Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial und zwischen ungefähr 9 Volumenprozent und ungefähr 36 Volumenprozent Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial dotiert ist; besser noch ungefähr 70 Volumenprozent bis ungefähr 80 Volumenprozent Kationenaustauschharzmaterial, das mit zwischen ungefähr 2 Volumenprozent und ungefähr 3 Volumenprozent Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial und zwischen ungefähr 18 Volumenprozent und ungefähr 27 Volumenprozent Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial dotiert ist.
In jeder der offenbarten Ausführungsformen verringert sich aufgrund der Verringerung des Volumens des Typ-I-Anionenaustauschharzmaterials in der Schicht mit dem Zuwachs der Menge an Typ-II- oder schwach basischem Anionenaustauschharzmaterial in dem spezialisierten elektroaktiven Mittel die Fähigkeit des Mittels, sich in Lösungen über den gesamten pH-Bereich zu dissoziieren und neutrale Salze zu spalten und auszutauschen. Daher erwies sich bei der Verwendung des zuvor beschriebenen spezialisierten elektroaktiven Mittels, wie in der vorliegenden Ausführungsform, das Ausgleichen der Leitfähigkeit der alternierenden Schichten der Kationenaustauschharzmaterialien und Anionenaustauschharzmaterialien durch Verringern der Leitfähigkeit der Schichten der Kationenaustauschharzkügelchen, um nicht die Eigenschaften der in den Schichten verwendeten Anionenaustauschharzkügelchen zu beeinflussen, als vorteilhafter gegenüber dem Dotieren der Schichten der Anionenaustauschharzkügelchen.
3A stellt schematische Querschnittsansichten der Fluid- und Ionenflusswege durch eine bevorzugte EDI-Vorrichtung der Erfindung dar. In 3A umfasst das EDI-Modul 12 Ionenabreicherungskammern 10 und eine zwischen den Ionenabreicherungskammern positionierte Ionenkonzentrationskammer 14. Die Ionenabreicherungskammern 10 sind von einer Anolytkammer 16 und einer Katolytkammer 18 umschlossen. Endblöcke sind üblicherweise anliegend an Endplatten (nicht gezeigt) positioniert, um eine Anode 20 und eine Katode 22 in ihren entsprechenden Kammern unterzubringen. Kationenselektive Membranen 24 und anionenselektive Membranen 26 sind üblicherweise gegen die Peripherie beider Seiten der Kammern abgedichtet. Alternierende Schichten oder Betten von Ionenaustauschharzmaterial 28 und 30 werden in der Ionenabreicherungskammer 10 in einem zentralen Raum positioniert, der zwischen der Kationen durchlässigen Membran 24 und der Anionen durchlässigen Membran 26 gebildet wird. Die Ionenabreicherungskammer 10 ist wie in 2 mit vier darin positionierten alternierenden Ionenaustauschharzschichten und mit einem Abstand zwischen den Membranen im Bereich von ungefähr 6,4 mm (1/4 Inch) bis ungefähr 12,8 mm (1/2), besser ungefähr 9,6 mm (3/8 Inch), und einer Schichtstärke oder Betthöhe von zwischen ungefähr 5,08 cm (2 Inch) und ungefähr 10,16 cm (4 Inch) dargestellt. In jeder der offenbarten Ausführungsformen können die Ionenkonzentrations- und Elektrodenkammern leer oder mit anderen Typen elektroaktiver Mittel gefüllt sein. Die Elektrodenkammern und die Ionenkonzentrationskammern der in 3A dargestellten EDI-Vorrichtung enthalten kein darin positioniertes elektroaktives Mittel. Falls jedoch erwünscht, können entweder eine oder beide der Elektroden- und Ionenkonzentrationskammern ein beliebiges der hierin beschriebenen elektroaktiven Mittel enthalten.
Alternativ dazu ist die Ionenkonzentrationskammer, wie in 3B, welche eine schematische Querschnittsansicht durch die Elektroentionisierungsvorrichtung aus 3A ist, dargestellt, wie in der Ionenabreicherungskammer mit alternierenden Schichten von Ionenaustauschharzkügelchen gefüllt. In 3B sind die erste und die dritte Schicht der Ionenkonzentrationskammer dotiertes Kationenharzmaterial und die zweite und die vierte Schicht sind das zuvor beschriebene spezialisierte elektroaktive Mittel.
3C ist eine schematische Querschnittsansicht einer bevorzugten Elektroentionisierungsvorrichtung, wie in 3A dargestellt, in der die Ionenkonzentrationskammer mit Kationenaustauschharzkügelchen einheitlicher Größe gefüllt ist. Vorzugsweise ist die Ionenkonzentrationskammer mit einem stark sauren Kationenaustauschharzmaterial gefüllt, das vorzugsweise funktionelle Sulfonsäuregruppen umfasst. Ein derartiges kommerziell erhältliches Kationanaustauschharzmaterial ist DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C (nicht gezeigt), das Harzkügelchen einheitlicher Größe umfasst.
Bei Betrieb wird eine zu reinigende Flüssigkeit 32, die ein Umkehrosmoseproduktstrom sein kann, die üblicherweise gelöste kationische und anionische Komponenten aufweist, durch die Ionenabreicherungskammern 10 geführt, wobei die anionischen Komponenten vom Anionenaustauschharz 28 angezogen werden und die kationischen Komponenten von den Kationenaustauschharzkügelchen 30 angezogen werden. Ein elektrisches Feld wird dann über die Anode 20 und die Katode 22 hinweg an den entgegengesetzten Enden des Moduls angewendet. Der elektrische Strom verläuft senkrecht zum Fluidfluss, so dass die gelösten kationischen und anionischen Komponenten aus den alternierenden Ionenaustauschharzschichten in die Richtung ihrer entsprechenden Elektrode migrieren. Kationische Komponenten migrieren durch die Kationen durchlässige Membran 24 in die benachbarte Ionenkonzentrationskammer 14. Eine Anionen durchlässige Membran an der gegenüberliegenden Seite der Ionenkonzentrationskammer verhindert weiteres Migrieren, wodurch die kationischen Komponenten in der Ionenkonzentrationkammer eingeschlossen werden. Der Prozess für die anionischen Komponenten ist ähnlich, tritt jedoch in entgegengesetzter Richtung auf; anionische Komponenten migrieren durch die Anionen durchlässige Membran 26 in die Ionenkonzentrationskammer 14, und eine Kationen durchlässige Membran 24 auf der anderen Seite der Ionenkonzentrationskammer verhindert weiteres Migrieren, um die anionischen Komponenten in der Ionenkonzentrationskammer einzuschließen. Ionische Komponenten werden aus den Ionenabreicherungskammern 10 abgereichert und in den Ionenkonzentrationskammern 14 erhöht, wodurch ein hochreiner Produktstrom 34 und ein Konzentratstrom 36 gebildet werden.
Die Elektroentionisierungsvorrichtung kann, wie in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung 08/717,781 beschreiben, unter Bedingungen der chemischen Beimengung oder des zyklischen Temperaturwechsels und/oder des zyklischen Wechsels oder der zyklischen Umkehrung der elektrischen Feldpolarität betrieben werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter dargestellt, wobei die Beispiele lediglich der Darstellung dienen und nicht den Bereich der Erfindung einschränken sollen.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele wurden in einer Elektroentionisierungsvorrichtung durchgeführt, die eine Ionenabreicherungskammer und eine Ionenkonzentrationskammer und eine Anolytkammer und eine Katholytkammer umfassten. Jede Kammer wurde von einer Harzfolienmembran mit einem Abstand zwischen den Membranen von ungefähr 9,6 mm (3/8 Inch) begrenzt. Alternierende Schichten von Ionenaustauschharzmaterialien wurden in die Ionenabreicherungskammern der Elektroentionisierungsvorrichtung positioniert. Jede Ionenabreicherungskammer enthielt vier alternierende Schichten, beginnend mit einer Schicht von Anionenaustauschharzkügelchen. Die Betthöhe oder Schichtstärke lag in einem Bereich von ungefähr 5,08 cm (2 Inch) bis ungefähr 10,16 cm (4 Inch).
Als Einsatz in jedem Beispiel wurde ein Umkehrosmosepermeatstrom mit einer Leitfähigkeit von ungefähr 3,0 bis ungefähr 5,0 μS/cm, bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 18°C und 20°C verwendet. Die Module wurden bei einem Durchsatz von ungefähr 1,6 Ipm/Zellenpaar mit einer Produktaufarbeitung von ungefähr 85 Prozent betrieben. Die an das Modul angelegte Gleichstromstärke betrug 1,5 A, was einer Stromdichte von ungefähr 3 mA/cm² entsprach.
BEISPIEL I
Die Effektivität einer Elektroentionisierungsvorrichtung, in der die Leitfähigkeit der Ionenaustauschmaterialien in den Ionenabreicherungskammern gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeglichen wurde, wurde mit einer Elektroentionisierungsvorrichtung verglichen, in der die Leitfähigkeit der Ionenaustauschmaterialien in der Ionenabreicherungskammer nicht ausgeglichen wurde.
Für die Experimente wurden zwei Zwölf-Zellpaar-Module verwendet (Module A und B). Die Verhältnisse der in jedem Modul verwendeten Materialien sind untenstehend in Tabelle 1 zusammengefasst. Jede Ionenabreicherungskammer enthielt vier alternierende Schichten, beginnend mit einer Schicht von im Wesentlichen einheitlichen Anionenaustauschharzmaterialkügelchen. Die in den alternierenden Schichten jeder Ionenabreicherungskammer verwendeteten Anionenaustauschharzkügelchen enthielten 90 Prozent im Wesentlichen einheitliche Typ-I-Anionenaustauschharzkügelchen (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 550A) und 10 Prozent einheitliche Typ-II-Anionenaustauschharzkügelchen (AMBERJET 4600). Die in den alternierenden Schichten von Modul A verwendete Schicht von Kationenaustauschharzkügelchen bestand aus undotierten stark sauren Kationenaustauschharzkügelchen (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C), die ebenfalls eine im Wesentlichen einheitliche Kügelchengröße aufwiesen. In Modul B waren die Kationenschichten dotiert, um die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten auszugleichen. Die in den alternierenden Schichten von Modul B verwendeten Schichten der Kationenaustauschharzkügelchen wurden unter Verwendung von ungefähr 40 Prozent der in den Schichten von sowohl Modul A als auch Modul B verwendeten Anionenaustauschharzkügelchen dotiert (d. h. die Schichten umfassten 60 Prozent des einheitlichen stark sauren Kationenharzes (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C), 36 Prozent der einheitlichen Typ-I-Anionenaustauschharzkügelchen (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 550A) und 4 Prozent Typ-II-Anionenaustauschharzkügelchen (AMBERJET 4600)).
TABELLE 1
Die Leistung von Modul A und Modul B wurde hinsichtlich des spezifischen Produktwiderstandes, des Produkt-pH-Wertes und des elektrischen Widerstandes evaluiert, aufgezeichnet, nachdem ein gleichmäßiger Zustand des Betriebs erreicht worden war. Wie in Tabelle 2 gezeigt, war der elektrische Widerstand von Modul A geringer als von Modul B, der pH-Wert des Produktes aus Modul A war leicht sauer und der spezifische Produktwiderstand von Modul A war niedriger als von Modul B. Wenn die Kationenaustauschharzkügelchen nicht dotiert waren, wie in Modul A, war die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten weniger ausgeglichen und mehr Strom wanderte durch die relativ hoch leitenden Kationenharzschichten. Im Gegensatz dazu war der Strom, wenn die Kationenaustauschharzkügelchen wie in Modul B dotiert waren, durch das ganze Modul gleichmäßiger verteilt, was in einer aufgebesserten Entionisierungsleistung resultierte.
TABELLE 2
BEISPIEL II
Die Effektivität der Elektroentionisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wurde hinsichtlich einer Elektroentionisierungsvorrichtung, die nicht einheitliche Anionenaustauschharzkügelchen benutzt, evaluiert.
Drei Sechs-Zellpaar-Module wurden für die Experimente verwendet (Module A, B und C). Jede Ionenabreicherungskammer enthielt vier alternierende Schichten, beginnend mit einer Schicht von Anionenaustauschharzkügelchen. Die in den alternierenden Schichten jeder Ionenabreicherungskammer verwendeteten Anionenaustauschharzkügelchen enthielten 90 Prozent nicht einheitliche Typ-I-Anionenaustauschharzkügelchen (DOWEX^TM 11, nicht einheitliche Güteklasse) und 10 Prozent einheitliche Typ-II-Anionenaustauschharzkügelchen (AMBERJET 4600). Die in den alternierenden Schichten von Modul A verwendeten Kationenharzkügelchen waren im Wesentlichen einheitliche, nicht dotierte, stark saure Kationenaustauschharzkügelchen (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C). Daher besteht der einzige Unterschied zwischen Modul A der vorliegenden Erfindung und Modul A aus Beispiel I darin, dass die meisten der in Beispiel I verwendeten Kügelchen im Wesentlichen einheitlich waren. Module B und C umfassten alternierende Schichten von dotierten Kationenaustauschharzkügelchen gemäß der vorliegenden Erfindung, um die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten auszugleichen. Die in den alternierenden Schichten von Modul B verwendeten dotierten Kationenaustauschharzkügelchen enthielten 60 Prozent des einheitlichen stark sauren Kationenharzes (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C) und 40 Prozent der gleichen Anionenaustauschharzkügelchen wie in den alternierenden Schichten der Module A, B und C verwendet (d. h. 60 Prozent einheitliche, stark saure Kationenharzkügelchen (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C), 36 Prozent nicht einheitliche Typ-I-Anionenaustauschharzkügelchen (DOWEX^TM 11, nicht einheitliche Güteklasse) und 4 Prozent einheitliche Typ-II-Anionenaustauschharzkügelchen (AMBERJET 4600)). Modul C enthielt denselben Typ an Harz wie Modul B, das Dotierverhältnis der Kationenharzkügelchen war jedoch weniger. Entsprechend enthielten die in den alternierenden Schichten von Modul C verwendeten Schichten von Kationenaustauschharzkügelchen die gleichen einheitlichen, stark sauren Kationenharzkügelchen (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C), dotiert mit ungefähr 25 Prozent der gleichen Anionenaustauschharzkügelchen wie in den alternierenden Schichten des Moduls (d. h. 75 Prozent einheitliche, stark saure Kationenharzkügelchen (DOWEX^TM MONOSPHERE^TM 650C), 22,5 Prozent nicht einheitliche Typ-I-Anionenaustauschharzkügelchen (DOWEX^TM 11, nicht einheitliche Güteklasse) und 2,5 Prozent einheitliche Typ-II-Anionenaustauschharzkügelchen (AMBERJET 4600)).
TABELLE 3
Die Leistung der Module A, B und C wurde hinsichtlich des spezifischen Produktwiderstandes, des Produkt-pH-Wertes und des elektrischen Widerstandes evaluiert, aufgezeichnet, nachdem ein gleichmäßiger Zustand des Betriebs erreicht worden war. Wie unten stehend in Tabelle 4 gezeigt, wies Modul A, in dem die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten nicht ausgeglichen war, den niedrigsten spezifischen Produktwiderstand und den niedrigsten elektrischen Widerstand auf, bei leicht saurem Produktwasser. Modul B, das dieselben Verhältnisse an Harz aufwies wie in Modul B des vorherigen Beispiels verwendet, jedoch nicht einheitliche Harze verwendete, wies einen sehr geringen spezifischen Produktwiderstand, den höchsten elektrischen Widerstand und leicht basisches Produktwasser auf. Modul C wies die beste Entionisierungsleistung mit sehr hohem spezifischen Produktwiderstand, relativ hohem elektrischen Widerstand und einem neutralen ph-Wert auf.
TABELLE 4
Die Ergebnisse der Module, die sowohl in Experiment I als auch II gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeglichen wurden, werden unten stehend in Tabelle 5 zusammengefasst und verglichen. Der einzige Unterschied zwischen dem Modul B aus Experiment I und II liegt in der Einheitlichkeit des zum Dotieren der Kationenaustauschharzkügelchen verwendeten Materials, d. h. die meisten der in Experiment I verwendeten Anionenaustauschharzkügelchen waren im Wesentlichen einheitlich und die meisten der in Experiment II verwendeten Anionenaustauschharzkügelchen waren nicht einheitlich. Ein Vergleich der Ergebnisse der beiden Module zeigt, dass der spezifische Produktwiderstand als Ergebnis der Substitution der nicht einheitlichen Kügelchen sank und der pH-Wert des Produktes leicht basisch wurde, was eine geringere Kationenentfernung indiziert. Daher lässt sich daraus schließen, dass ein 4- bis 5faches Ansteigen des spezifischen Produktwiderstandes erzielt wird, wenn die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten durch Dotieren mit im Wesentlichen einheitlichen Kügelchen ausgeglichen wird. Der einzige Unterschied zwischen den Modulen B und C aus Experiments II ist das Verhältnis an Dotantmaterial in den Schichten der Kationenaustauschharzkügelchen. In Modul B betrug das Verhältnis 40 Prozent Dotantmaterial zu 60 Prozent Kationenaustauschharzkügelchen, und in Modul C betrug das Verhältnis 25 Prozent Dotantmaterial zu 75 Prozent Kationenaustauschharzkügelchen. Als Ergebnis der 15-prozentigen Reduktion an in den Schichten der Kationenaustauschharzkügelchen enthaltenem Dotantmaterial wurde in Modul C ein 4- bis 5facher Anstieg des spezifischen Produktwiderstandes und ein leicht niedrigerer elektrischer Widerstand produziert. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass sowohl einheitliche als auch nicht einheitliche Dotantmaterialien verwendet werden können, um die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten auszugleichen, und dass eine größere Menge an Dotantmaterial erforderlich sein kann, wenn einheitliche Kügelchen verwendet werden.
TABELLE 5
Obwohl besondere Ausführungsformen der Erfindung zur Darstellung detailliert beschrieben worden sind, wird der Bereich der Erfindung durch die Patentansprüche begrenzt. Die Entionisierungsvorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung können auf Prozesse angewandt werden, die gegenwärtig aufgrund des Mangels an Verkrustungs- und Verschmutzungswiderstand, Temperaturwiderstand, chemischem Widerstand oder elektrischer Effizienz nicht praktisch durchführbar sind. Typische Anwendungen wären die Reinigung und Enthärtung von relativ unbehandeltem kommunalen Wasser, relativ unbehandeltem Brunnenwasser und Brackwasser, und Wasser, das Schmutzstoffe wie etwa Polyelektrolyten, Tannine, Lignine, Fulvinsäure und andere polare oder schwach ionisierte oder große, ionisierte organische Verbindungen, Schmutzstoffe wie etwa Eisen, Sulfid, Phosphate, Silicate und andere mehrwertige Ionen enthält. Andere Anwendungen wären bei der Behandlung und Verarbeitung von Nahrungsmitteln und Getränken, Zuckern und verschiedenen Zuckerfraktionierungen und chemischen Modifizierungen, Stärken, Milch und Milchnebenprodukten, Nebenprodukten aus der Käseherstellung wie etwa Molke, bei der Reinigung und Fraktionierung von Proteinen, Produkten aus verschiedenen Fermentationsprozessen wie etwa alkoholischen Getränken, pharmazeutischen Produkten und dergleichen, Prozessen in den chemischen und pharmazeutischen Industrien sowie den Nahrungsmittel- und Getränkeindustrien, welche Ionensubstitutionen in der Anwesenheit von Schmutzstoffen und chemischen Oxidantien, gemischten Beimengungen in niedrigradioaktiven Abfallströmungen, Abwasserströmungen, die Schwermetalle und organische Verbindungen enthalten, und Flüssigkeiten bei Industrien wie etwa den Nahrungsmittel- und Getränkeindustrien, den chemischen und pharmazeutischen Industrien sowie der Stromindustrie und chemischen Industrien, bei denen der Betrieb bei erhöhten Temperaturen erforderlich ist oder die Sterilisation oder die Hygienisierung durch Hitze oder chemische Oxidantien erforderlich ist, erfordern. Dementsprechend soll die Erfindung außer durch die beigelegten Ansprüche nicht begrenzt werden.

Claims

Eine Elektroentionisierungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine Ionenabreicherungskammer, die alternierende Schichten von Ionenaustauschharzmaterial beinhaltet, wobei mindestens eine der alternierenden Schichten ein Dotantmaterial beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit der alternierenden Schichten durch den Dotanten ausgeglichen wird, wobei das Dotantmaterial ein inertes oder elektroaktives Mittel ist, und der vorherrschende Mechanismus des Ionenaustauschs in der mindestens einen Schicht der Transport von Ionen von Interesse in eine einzige Richtung ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kammer alternierende Schichten von Anionenaustauschharzmaterial und Kationenaustauschmaterial beinhaltet, wobei entweder eine oder beide Schichten dotiert sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kammer mindestens eine erste Schicht Anionenaustauschmaterial und eine zweite Schicht Kationenaustauschmaterial beinhaltet, und wobei die mindestens erste Schicht mit einem Dotantmaterial dotiert ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei mindestens eine der alternierenden Schichten ein spezialisiertes elektroaktives Mittel beinhaltet, und wobei das spezialisierte elektroaktive Mittel ein Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial beinhaltet und mindestens eine der alternierenden Schichten ein Kationenaustauschharzmaterial und einen Dotanten beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das spezialisierte elektroaktive Mittel ferner ein Material beinhaltet, das aus der Gruppe, bestehend aus Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial, schwach basischem Anionenaustauschharzmaterial und Mischungen davon, ausgewählt ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei das Dotantmaterial ein spezialisiertes elektroaktives Mittel beinhaltet, und wobei das spezialisierte elektroaktive Mittel mindestens ungefähr 60 Volumenprozent eines Typ-I-Anionenaustauschharzmaterials beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei eine erste Schicht oder eine zweite Schicht in der Ionenabreicherungskammer den Dotanten und das Kationenaustauschharzmaterial beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die erste Schicht oder die zweite Schicht ungefähr 40 Prozent des spezialisierten elektroaktiven Mittels beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die erste Schicht oder die zweite Schicht ungefähr 25 Prozent des spezialisierten elektroaktiven Mittels beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das spezialisierte elektroaktive Mittel ungefähr 90 Prozent des Typ-I-Anionenaustauschharzmaterials beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionenabreicherungskammer vier alternierende Schichten des Ionenaustauschharzmaterials beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei eine erste und eine dritte Schicht der vier alternierenden Schichten Ionenaustauschharzmaterial das spezialisierte elektroaktive Mittel beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei eine zweite und eine vierte Schicht der vier alternierenden Schichten Ionenaustauschmaterial das spezialisierte elektroaktive Mittel beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei eine zweite und eine vierte Schicht der alternierenden Schichten Ionenaustauschharzmaterial den Dotanten und das Kationenaustauschharzmaterial beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei eine erste und eine dritte Schicht der alternierenden Schichten Ionenaustauschharzmaterial den Dotanten und das Kationenaustauschharzmaterial beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei die Schichten des Dotanten und des Kationenaustauschharzmaterials ungefähr 40 Prozent des spezialisierten elektroaktiven Mittels beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei die Schichten des Dotanten und des Kationenaustauschharzmaterials ungefähr 25 Prozent des spezialisierten elektroaktiven Mittels beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionenabreicherungskammer gegenüberliegende Membranen umfasst, die um mindestens ungefähr 1,6 mm (1/16 Inch) voneinander entfernt angeordnet sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Ionenabreicherungskammer gegenüberliegende Membranen umfasst, die um ungefähr 1,6 bis ungefähr 6,4 mm (ungefähr 1/16 bis ungefähr ¼ Inch) voneinander entfernt angeordnet sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Ionenabreicherungskammer gegenüberliegende Membranen umfasst, und wobei der Abstand zwischen den Membranen ungefähr 6,4 bis ungefähr 12,7 mm (ungefähr ¼ bis ungefähr ½ Inch) beträgt.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der alternierenden Schichten Ionenaustauschharzkügelchen von im Wesentlichen einheitlicher Größe beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei die Kügelchen von im Wesentlichen einheitlicher Größe einen mittleren Durchmesser von ungefähr 200 μm bis ungefähr 800 μm aufweisen.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 22, wobei die Kügelchen einen Durchmesser von ungefähr 550 μm bis ungefähr 650 μm aufweisen.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die Schichten eine Stärke von zwischen ungefähr 5,08 cm (2 Inch) bis ungefähr 10,16 cm (4 Inch) aufweisen.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schicht weniger als ungefähr 50 Volumenprozent des Dotantmaterials beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei benachbarte Ionenaustauschharzschichten ein Dotantmaterial beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 25 oder Anspruch 26, wobei die mindestens eine Schicht bzw. die mindestens zwei Schichten weniger als ungefähr 40 Volumenprozent des Dotantmaterials beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, wobei die mindestens eine Schicht bzw. die mindestens zwei Schichten weniger als ungefähr 30 Volumenprozent des Dotantmaterials beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 28, wobei die mindestens eine Schicht bzw. die mindestens zwei Schichten weniger als ungefähr 20 Volumenprozent des Dotantmaterials beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 29, wobei die mindestens eine Schicht bzw. die mindestens zwei Schichten weniger als ungefähr 10 Volumenprozent des Dotantmaterials beinhalten.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25–30, wobei das Dotantmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kationenaustauschharzmaterial, Typ-I-Anionenaustauschharzmaterial, Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial, schwach basischem Anionenharzmaterial, Zeolithharzmaterial, synthetischer Aktivkohle, hypervernetzten Sorbentharzen, synthetischen kohlenstoffhaltigen Adsorbenzien, polymeren adsorbierenden Harzkügelchen, katalytischer Kohle, inerten Materialien und Mischungen davon besteht.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 31, wobei das Dotantmaterial in der mindestens einen Schicht bzw. der mindestens einen der Schichten aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Typ-II-Anionenaustauschharzmaterial, schwach basischem Anionenaustauschmaterial und Mischungen davon besteht.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die alternierenden Schichten Harzkügelchen von einheitlicher Größe umfassen.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Ionenkonzentrationskammer beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 34, wobei die Ionenkonzentrationskammer ein Ionenaustauschharzmaterial beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 35, wobei die Ionenkonzentrationskammer ein Kationenaustauschharzmaterial beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 34–36, wobei die Ionenkonzentrationskammer einen inerten Filter beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 34, wobei die Ionenkonzentrationskammer alternierende Schichten Ionenaustauschharzmaterial beinhaltet.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 38, wobei mindestens eine der alternierenden Schichten dotiert ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schicht im Wesentlichen die gleiche Stärke aufweist.
Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schicht ein Kationenaustauschharzmaterial und einen Dotanten aufweist.
Ein Verfahren zum Reinigen eines Fluids in einer Elektroentionisierungsvorrichtung, das Folgendes beinhaltet: Bereitstellen einer Elektroentionisierungsvorrichtung mit einer Ionenabreicherungskammer; Bereitstellen einer ersten Schicht Ionenaustauschharzmaterial mit einem ersten Leitfähigkeitswert und einer zweiten Schicht Ionenaustauschharzmaterial mit einem zweiten Leitfähigkeitswert, der sich von dem ersten unterscheidet; Reduzieren des Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Leitfähigkeitswert durch das Zugeben eines Dotantmaterials zu entweder der ersten oder der zweiten Schicht; Positionieren der ersten und der zweiten Schicht als alternierende Schichten in der Ionenabreicherungskammer; Führen eines Fluidstroms durch die Ionenabreicherungskammer; und Anwenden eines elektrischen Felds über die Elektroentionisierungsvorrichtung hinweg, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotantmaterial ein inertes oder elektroaktives Mittel ist, und dass der vorherrschende Mechanismus des Ionenaustauschs in der Schicht, die das Dotantmaterial beinhaltet, der Transport der Ionen von Interesse in eine einzige Richtung ist.
Verfahren gemäß Anspruch 42, wobei eine erste Schicht in der Ionenabreicherungskammer ein Anionenaustauschharzmaterial ist.
Verfahren gemäß Anspruch 42, wobei eine erste Schicht in der Ionenabreicherungskammer ein Kationenaustauschharzmaterial ist.
Verfahren gemäß Anspruch 42, das ferner das Umkehren der Polarität des angewendeten elektrischen Feldes beinhaltet, um Verschmutzung von dem Ionenaustauschmaterial zu entfernen.
Verfahren gemäß Anspruch 42 oder Anspruch 43, das ferner das Versehen der Ionenabreicherungskammer mit gegenüberliegenden Ionen durchlässigen Membranen beinhaltet, die um mindestens ungefähr 1,6 mm (1/16 Inch) voneinander entfernt angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 46, das ferner das Versehen der Ionenabreicherungskammer mit gegenüberliegenden, Ionen durchlässigen Membranen beinhaltet, die um ungefähr 1,6 mm bis ungefähr 6,4 mm (ungefähr 1/16 bis ungefähr ¼ Inch) voneinander entfernt angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 46, das ferner das Versehen der Ionenabreicherungskammer mit gegenüberliegenden, Ionen durchlässigen Membranen beinhaltet, die um ungefähr 6,4 mm bis ungefähr 12,7 mm (ungefähr ¼ bis ungefähr ½ Inch) voneinander entfernt angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 42–48, das ferner das Bereitstellen der alternierenden Schichten mit einer Stärke von ungefähr 5,08 cm (2 Inch) bis ungefähr 10,16 cm (4 Inch) beinhaltet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 42–49, das ferner das Bereitstellen von ersten und zweiten Ionenaustauschmaterialien einheitlicher Größe beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 50, das ferner das Bereitstellen von Ionenaustauschmaterialien einheitlicher Größe mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 200 μm bis ungefähr 800 μm beinhaltet.