MX2008016077A

MX2008016077A - Tratamiento de agua con bajo potencial de incrustacion.

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Publication number: MX2008016077A
Application number: MX2008016077A
Authority: MX
Inventors: Li-Shiang Liang; Evgeniya Freydina; Anil D Jha; Joseph D Gifford; John W Arba; Lu Wang
Original assignee: Siemens Water Tech Corp
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-01-19
Also published as: CN103739044A; CA2656468C; WO2007149574A3; HK1197052A1; EP2038225A2; JP2009541032A; BRPI0713485A2; SG174801A1; WO2007149574A2; CA2656468A1; CN103739044B; KR20090028782A; KR101495328B1; EP2038225B1

Abstract

Se describe un dispositivo electroquímico de tratamiento que tiene un bajo potencial de incrustación. El dispositivo tiene una variedad de configuraciones dirigidas a la formación de capas de intercambio aniónico y de intercambio catiónico. El dispositivo de tratamiento puede incluir también gotas de resina de intercambio iónico de tamaño no uniforme y/o tener al menos un compartimiento que proporciona una resistencia dominante que resulta en una distribución uniforme de corriente a través de todo el aparato.

Description

TRATAMIENTO DE AGUA CON BAJO POTENCIAL DE INCRUSTACIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención Esta invención se relaciona con sistemas y métodos para tratamiento de un agua que tiene un bajo potencial para formación de incrustaciones y, en particular, para reducir el potencial de formación de incrustaciones en sistemas que utilizan aparatos de separación movidos eléctricamente. 2. Discusión del Estado del Arte Los aparatos de separación movidos eléctricamente que incluyen, pero no se limitan a, dispositivos de electrodiálisis así como electrodesionización, han sido utilizados para el tratamiento de agua. Por ejemplo, Liang y colaboradores, en la patente estadounidense No. 6 649 037. describe un aparato de electrodesionización y un método para purificación de un fluido por medio de la remoción de las especies ionizables.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un o más aspectos de la invención se relacionan con un aparato de electrodesionización que tiene un compartimiento para el ánodo y un compartimiento para el cátodo. El aparato de electrodesionización comprende un primer compartimiento de agotamiento dispuesto entre el compartimiento para el ánodo y el compartimiento para el cátodo, un compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimento de vaciado, un segundo compartimiento de agotamiento en comunicación iónica con el compartimiento concentrador, y una primera celda de barrera en comunicación iónica con y dispuesto entre el primer compartimiento de agotamiento y al menos uno entre el compartimiento para el ánodo y el compartimiento para el cátodo . Otros aspectos de la invención se relacionan con un aparato de electrodesionización que comprende un compartimiento de agotamiento y un primer compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento, y definido al menos parcialmente por una membrana selectiva para aniones y una membrana selectiva para cationes. El primer compartimiento concentrador contiene típicamente, al menos parcialmente, una primera zona que consta sustancialmente de un medio intercambiador de cationes que está sustancialmente separado de la membrana selectiva para aniones por medio de una segunda zona que consta sustancialmente de un medio intercambiador de aniones . Además otros aspectos de la invención se relacionan con un aparto de electrodesionización que comprende un compartimiento de agotamiento, un primer compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento, y un segundo compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento. El primer compartimiento concentrador comprende típicamente un medio con una primera resistencia efectiva de corriente y el segundo compartimiento concentrador que tiene una porción del mismo que incluye medio con una segunda resistencia efectiva de corriente superior a la primera resistencia efectiva de corriente. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un aparato de electrodesionización que comprende un compartimiento de agotamiento, y un compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento. El compartimiento concentrador típicamente incluye una mezcla de resina de intercambio aniónico y una resina de intercambio catiónico y las cantidades de la resina de intercambio aniónico y de la resina de intercambio catiónico en la mezcla varían en relación con la longitud de la ruta de flujo del compartimiento concentrador. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un aparato de electrodesionización que tiene al menos un compartimiento con al menos un puerto de salida definido por un distribuidor que tiene una pluralidad de orificios. El aparato de electrodesionización puede incluir una primera capa de partículas en el compartimiento unido por medio de membranas iónicas selectivas . Las partículas pueden incluir un medio que tiene un primer diámetro efectivo menor que la dimensión más pequeña de los orificios. El aparato de electrodesionización incluye además una segunda capa de partículas en el compartimiento corriente debajo de la primera capa. La segunda capa de partículas tiene típicamente un segundo diámetro efectivo mayor que el primer diámetro efectivo y mayor que la dimensión más pequeña de los orificios. Además otros aspectos adicionales de la invención se relacionan con sistemas de electrodesionización que incluyen una fuente de agua que va a ser tratada, un módulo de tratamiento que incluye un compartimiento de agotamiento y un compartimiento concentrador, el módulo de tratamiento conectado en forma fluida a la fuente de agua que va a ser tratada; un módulo electrolítico que incluye un compartimiento generador de ácido, y una fuente de una Solución de salmuera conectada en forma fluida a una entrada del compartimiento generador de ácido del módulo electrolítico. El módulo electrolítico está conectado en forma fluida corriente arriba del compartimiento concentrador . Aspectos de la invención se relacionan con un aparato de electrodesionización que incluye un compartimiento que contiene una mezcla de resinas de intercambio aniónico y resinas de intercambio catiónico. Las resinas de intercambio aniónico tienen un diámetro promedio al menos 1.3 veces mayor que un diámetro promedios de las resinas de intercambio catiónico. Aspectos de la invención se relacionan con un aparato de electrodesionización que incluye un compartimiento que contiene una mezcla de resinas de intercambio aniónico y resinas de intercambio catiónico. Las resinas de intercambio catiónico tienen un diámetro promedio al menos 1.3 veces mayor que un diámetro promedios de las resinas de intercambio aniónico. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un sistema de tratamiento de agua que incluye una fuente de agua que va a ser tratada, un dispositivo de electrodesionización que incluye una pluralidad de compartimientos de vaciado y concentradores y conectados en forma fluida a la fuente de agua que va ser tratada, un énfriador en comunicación térmica con el agua que va a ser introducida en al menos un compartimiento concentrador del dispositivo de electrodesionización, un sensor dispuesto para proveer una representación de una temperatura al menos del agua que va a ser introducida en el compartimiento concentrador y del agua que sale del compartimiento concentrador, y un controlador configurado para recibir la representación de la temperatura y generar una señal que promueva el enfriamiento del agua que va a ser introducida en el compartimiento concentrador. Además otros aspectos del la invención se relacionan con aparatos de electrodesionización que incluyen un compartimiento de agotamiento al menos parcialmente definido por una membrana selectiva para cationes y una membrana selectiva para aniones, y un compartimiento concentrador al menos parcialmente definido por la membrana selectiva para aniones y que contiene una primera capa de medios de intercambio aniónico y una segunda capa de medio dispuesta corriente debajo de la primera capa, la segunda capa comprendiendo un medios de intercambio aniónico y un medios de intercambio catiónico. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un método de tratamiento del agua en un dispositivo de electrodesionización que tiene un compartimiento de agotamiento y un compartimiento concentrador. El método comprende medir una temperatura de una corriente en el compartimento concentrador, una temperatura de una corriente que va a ser introducida en el compartimiento concentrador, y una temperatura de una corriente que sale del compartimiento concentrador; reducir la temperatura del agua que va a ser introducida en el compartimiento concentrador hasta una temperatura predeterminada; introducir el agua que va a ser tratada en el compartimiento de agotamiento; y remover al menos una porción de al menos una especie indeseable del agua que va a ser tratada en el dispositivo de electrodesionización. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un método de tratamiento de agua en un dispositivo de electrodesionización que comprende introducir agua que tiene especies aniónica y catiónica en un compartimento de vaciado del dispositivo de electrodesionización, . promover el transporte de al menos una porción de la especie catiónica dentro de una primera celda de barrera colocada entre el compartimiento de agotamiento y un compartimiento para el cátodo del dispositivo de electrodesionización, y promover el transporte de al menos una porción de la especie aniónica dentro de una segunda celda de barrera colocada entre el compartimiento de agotamiento y un compartimiento para el ánodo del dispositivo de electrodesionización. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un método de tratamiento de agua en un dispositivo de electrodesionización que tiene un compartimiento de agotamiento y un compartimiento concentrador. El método comprende introducir el agua que va a ser tratada dentro del compartimiento de agotamiento del dispositivo de electrodesionización, promover el transporte de una especie indeseable del compartimento de vaciado dentro del compartimiento concentrador del dispositivo de electrodesionización. El compartimiento concentrador puede contener típicamente una primera capa de medios de intercambio aniónico y una segunda capa de medio dispuesto corriente debajo de la primera capa y la segunda capa puede incluir una mezcla de medios de intercambio aniónico y de medios de intercambio catiónico. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un método de tratamiento de agua que comprende la introducción del agua que va a ser tratada en un compartimiento de agotamiento de un dispositivo de electrodesionización, teniendo el compartimiento de agotamiento al menos una capa de medios de intercambio iónico; y promover el transporte de al menos una porción de especie aniónica del agua introducida dentro del compartimiento de agotamiento desde una primera capa de medios de intercambio iónico dentro de un primer compartimiento concentrador para producir un agua que tiene una primera calidad intermedia. El primer compartimiento concentrador está definido, al menos parcialmente, por medio de una membrana selectiva para aniones y una membrana selectiva para cationes. El primer compartimiento concentrador contiene, al menos parcialmente, una primera zona que incluye un medios de intercambio catiónico que está sustancialmente separada de la membrana selectiva para aniones por medio de una segunda zona que incluye un medios de intercambio aniónico. Además otros aspectos de la invención se relacionan con un método de tratamiento de agua en un dispositivo de electrodesionización. El método comprende introducir el agua que va a ser tratada que contiene una especie indeseable dentro de un compartimiento de agotamiento del dispositivo de electrodesionización, promover el transporte de la especie indeseable desde le compartimiento de agotamiento hasta un compartimiento concentrador del dispositivo de electrodesionización para producir el agua tratada; generar electrolíticamente una solución acida en el módulo auxiliar, e introducir al menos una porción de la solución ácida dentro del compartimiento concentrador. Aspectos adicionales de la invención se relacionan con un sistema de tratamiento de agua que incluye una fuente de un agua que va a ser tratada, y un dispositivo de electrodesionización que comprende un primer compartimiento de agotamiento y un segundo compartimiento de agotamiento, cada uno de dichos compartimientos de vaciado conectados en forma fluida a la fuente de agua que va a ser tratada en una configuración de flujo en paralelo; y un primer compartimiento concentrador en comunicación iónica con el primer compartimiento de agotamiento y un segundo compartimiento concentrador conectado en forma fluida corriente abajo del primer compartimiento concentrador. Otros aspectos de la invención se relacionan con aparatos de electrodesionizacion que incluyen una pluralidad de compartimientos de vaciado configurados para tener líquido fluyendo allí dentro a lo largo de trayectorias paralelas de flujo, y una pluralidad de compartimientos concentradores en comunicación iónica con al menos un compartimiento de agotamiento, en donde al menos una porción de los compartimientos concentradores están dispuesto de manera serial.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS No se pretende que los dibujos acompañantes estén realizados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico que sea ilustrado en diferentes figuras está representado por medio de un número similar. Para propósitos de claridad, no todos los componentes pueden estar marcados en cada uno de los dibujos. En los dibujos: La FIG. 1 es una ilustración esquemática de una porción de un aparato de electrodesionizacion que incluye al menos una celda de barrera de acuerdo con una o más de las modalidades de la invención; La FIG. 2 es una ilustración esquemática de una porción de un aparato de electrodesionización que tiene camas de medio en capas en al menos un compartimiento concentrador del mismo de acuerdo con una o más modalidades de la invención; La FIG. 3 es una ilustración esquemática de una porción de un aparato de electrodesionización que incluye al menos un compartimiento concentrador que tiene zonas de medios de acuerdo con una o más modalidades de la invención; La FIG. 4 es una ilustración esquemática de una porción de un sistema de tratamiento de acuerdo con una o más modalidades de la invención; La FIG. 5 es una ilustración esquemática de una porción de un aparato de electrodesionización que tiene al menos un compartimiento modificado para reducir la resistencia efectiva o mejorar la distribución de corriente en otros compartimientos de acuerdo con una o más modalidades de la invención; La FIG. 6 es una ilustración esquemática de una porción de un aparato de electrodesionización que tiene una mayor velocidad efectiva de flujo en al menos un compartimiento concentrador del mismo de acuerdo con una o más modalidades de invención; Las FIGS . 7A y 7B son una ilustración esquemática de una porción de un aparato de electrodesionización que incluye un compartimiento que contiene gotas de resina de diferentes tamaños de acuerdo con una o más modalidades de la invención; y La FIG. 8 es una gráfica que muestra la relación entre un valor del índice de Saturación de Langelier de una corriente de agua con relación a la temperatura de la corriente de agua; Las FIGS . 9A y 9B son ilustraciones esquemáticas de pares de celdas de compartimientos concentradores y de vaciado en un dispositivo de electrodesionización en donde la FIG. 9A muestra los compartimientos de las mismas que incluyen capas y zonas de medios de acuerdo con una o más modalidades de la invención; y La FIG. 10 es una gráfica que muestra el desempaño del aparato de electrodesionización de acuerdo con una o más modalidades de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La invención provee aparatos de separación manejados eléctricamente tales como, pero sin limitarse a dispositivos de electrodesionización de compartimiento lleno (CEDI) tal como aquellos divulgados en las patentes estadounidenses Nos. 4.632.745. 6.649.037. 6.824.662 y 7.083.733. cada una de las cuales se incorpora aquí como referencia. En particular, las modalidades que implementan uno o más aspectos mencionados de la invención pueden ser, en algunos casos, caracterizadas por tener un potencial menor o una probabilidad menor de formar incrustaciones . Aunque los diferentes aspectos de la invención se presentan a través de modalidades que involucran dispositivos de electrodesionización, tales aspectos diferentes de la invención pueden ser practicados en otros aparatos de separación movidos o manejados eléctricamente que pueden facilitar el tratamiento de un fluido que tiene al menos una especie indeseable. Aspectos particularmente pertinentes de la invención pueden involucrar aparatos de electrodesionización utilizados para tratar o remover al menos una especie disuelta de una corriente de agua o un cuerpo de agua. Por lo tanto, los diferentes aspectos de la invención proveer convenientemente aparatos de electrodesionización que están configurados o son operados para tratar un agua que tiene un alto potencial de incrustación. Se puede implementar un aspecto de la invención en la modalidad de ejemplo presentada en la FIG. 1 que esquemáticamente muestra una porción de un aparato de electrodesionización 100. El aparato de electrodesionización típicamente incluye al menos un compartimiento concentrador 112 y al menos un compartimiento de agotamiento 114. que constituyen un par de celdas 115. y dispuestas en comunicación iónica entre sí y, preferiblemente, entre y con un compartimiento para el ánodo 120 y un compartimiento para el cátodo 122. En una modalidad conveniente de la invención, el aparato de electrodesionización puede incluir además al menos una celda de barrera 130 que puede atrapar especies migrantes. Por ejemplo, el aparato de electrodesionización 100 puede tener celdas de barrera o neutras 130 y 132 dispuestas en forma adyacente al compartimiento para el ánodo 120 y al compartimiento para el cátodo 122. Las celdas de barrera típicamente proveen un amortiguador para un compartimiento de electrodo para separar o evitar que las especies formen una incrustación localizada. El aparato de electrodesionización genera típicamente iones hidróxido que pueden elevar el pH en regiones localizadas, especialmente en los puntos o superficies conductoras para reaccione electrolíticas. Tales regiones localizadas, o incluso en los compartimientos del electrodo, tienen típicamente condiciones de pH mucho mayores que las del seno del líquido. Ya que las celdas de barrera pueden servir para aislar tales regiones de pH alto de las especies formadoras de incrustaciones transportadas de uno o más compartimientos de vaciado durante el tratamiento del agua, se inhibe por lo tanto o al menos se reduce el potencial para la formación de incrustaciones. Como un ejemplo ilustrado en la FIG. 1. el aparato de electrodesionización 100 puede incluir una celda de barrera 130 que aisla iónicamente al menos un componente que puede precipitarse, tal como Ca2+, de un componente, tal como OH", que contribuye a la formación de incrustaciones. Típicamente, una o más celdas de barrera 130 pueden ser definidas, al menos parcialmente, por medio de una membrana selectiva para aniones 140A que permite la migración de especies aniónicas tales como OH" mientras inhibe la migración adicional de especies catiónicas dentro de un compartimiento adyacente. Como se ilustra, se puede disponer una celda barrera 130 adyacente al compartimiento concentrador 112. Una o más de tales celdas de barrera pueden ser también parcialmente adicionalmente definidas por medio de una membrana selectiva para cationes 140C. En esta forma, por ejemplo, se puede inhibir que un componente de un compuesto que puede ser precipitado, tal como Ca2+, se introduzca dentro de un compartimiento que tiene regiones localizadas de alto pH, tal como el compartimiento de electrodo 120, que resulta típicamente de la generación de la especie hidróxido. Otras modalidades de la invención pueden involucrar celdas de barrera que separan especies neutras o ionizadas en forma débil, o al menos ionizables, tal como, pero sin limitarse a, sílice, Si02. La sílice se puede precipitar a partir del seno de líquido si la concentración es lo suficientemente alta o donde se presente un cambio de pH, tal como un cambio de un pH alto a un pH neutro. En los aparatos de electrodesionización, se remueve típicamente la sílice mientras se encuentra en su estado ionizado, a pH alto. Se pueden disponer una o más celdas de barrera 132 para asilar en forma iónica un compartimiento para el ánodo 122 del aparato de electrodesionización 100, en donde se generan iones hidrógeno y por lo tanto puede tener un flujo de líquido de pH neutro o bajo allí dentro. Después de que la sílice migra desde el compartimiento de agotamiento 114 dentro del compartimiento concentrador 112 a través de una membrana selectiva para aniones 140A, es atrapada por la celda de barrera 132 que contiene un flujo de líquido de alto pH allí dentro y la inhibe de una migración adicional dentro del compartimiento de pH neutro o bajo con pH neutro o cerca de la neutralidad, y por lo tanto reduce la probabilidad de polimerización en incrustación de sílice. I.a celda 132. como la celda 130, pueden ser definidas, al menos parcialmente, por la membrana selectiva para cationes 140C y la membrana selectiva para aniones 140A. La celda de Barrera 132 puede servir por lo tanto para atrapar a la especie que puede ser precipitada por el pH y evita o al menos inhibe la precipitación de tal especie. La celda de barrera 132 puede contener también, al menos parcialmente, medio aniónico de intercambio y medio catiónico de intercambio o una mezcla de ambos. Además, una o más de las celdas de barrera puede incluir además un medio inerte u otro material de relleno que pueda facilitar el montaje del aparato de electrodesionización o proveer una característica deseable tal como resistencia o distribución del flujo durante, por ejemplo, la operación del aparato. Así mismo, uno o más de los compartimientos concentradores, los compartimientos de vaciado, y los compartimientos de electrodo pueden contener, al menos parcialmente, una mezcla de medio aniónico y catiónico de intercambio. En realidad, una mezcla de medio aniónico y catiónico de intercambio en los compartimientos concentradores y en los compartimientos de electrodo puede reducir adicionalmente él potencial de incrustación facilitando el transporte de especies que pueden precipitarse fuera de las membranas selectivas que evitan la acumulación de una especie aniónica que se puede presentar en compartimientos o regiones de compartimientos con un tipo único de medio activo de intercambio. En algunas modalidades de la invención, el compartimiento para el ánodo puede contener, al menos parcialmente, un medio que contenga sustancialmente un sustrato resistente a la oxidación. Por lo tanto, por ejemplo, la resina durable de intercambio iónico altamente entrelazada, tal como las resinas catiónicas comercialmente disponibles, pueden ser usadas en el compartimiento para el ánodo en el cual puede estar presente un ambiente oxidante. Además, cuando se utiliza la resina de intercambio catiónico en el compartimiento para el ánodo puede evitar o inhibir el transporte de iones cloruro hacia la superficie del ánodo donde tal especie puede ser convertida en cloro oxidante . El aparato de la invención puede tratar agua que tiene una dureza superior a 1 mg/L como contenido de sílice o de CaC03 mayor a 1 mg/L, o ambos. De este modo, el aparato y las técnicas de la invención no están confinados a límites de operación convencionales y, cuando se lo utiliza en un sistema de tratamiento, puede obviar al menos una operación unitaria utilizada para ablandar el agua que va a ser tratada o para remover la sílice. Esto puede reducir convenientemente los costos de capital y de operación mientras mejora la conflabilidad y la disponibilidad del sistema de tratamiento así como la capacidad. Por ejemplo, los sistemas de tratamiento de la invención, que incluyen uno o más dispositivos de electrodesionización descritos aquí, pueden tratar al agua sin un subsistema de osmosis reversa (RO) de doble paso, mientras provee agua que tiene la misma calidad o una calidad comparable a la de un sistema que utiliza un dispositivo RO de doble paso para remover o reducir la concentración de dureza que provocan la sílice y los componentes ante un dispositivo de electrodesionización. Otros aspectos de la invención pueden involucrar aparatos de electrodesionización que incluyen al menos un compartimiento de agotamiento y/o al menos un compartimiento concentrador que tiene medio en capas contenido allí. Por ejemplo, uno o más compartimientos de vaciado 112 del dispositivo de electrodesionización 100 pueden incluir una primera capa de partículas 112A, al menos una porción del mismo incluye medio activo que facilita el transporte o migración de una primera especie objetivo, típicamente ionizada. El compartimiento de agotamiento 112 puede incluir además una segunda capa 112B que incluye, al menos parcialmente, un medio activo que facilita el transporte de una primera especie objetivo y una segunda especie objetivo, o ambas. La primera capa 112A puede incluir partículas que tienen un primer diámetro efectivo y una segunda capa 112B puede tener partículas con un segundo diámetro efectivo. Modalidades adicionales pueden involucrar una tercera capa 112C en un compartimiento de agotamiento 112. La tercera capa 112C puede tener medio activo o inerte, o una mezcla de ambos, con un tercer diámetro efectivo. El diámetro efectivo puede ser la dimensión más pequeña de una partícula. Alternativamente, el diámetro efectivo puede ser un diámetro promedios del congregado de partículas y es un diámetro calculado de una esfera análoga de área superficial y volumen comparable. Por ejemplo, el diámetro efectivo de las partículas en una capa puede ser una función de la relación del volumen de una partícula con el área superficial de la partícula o un promedios de la dimensión más pequeña de las partículas. En una configuración preferida, las partículas en una capa corriente abajo tienen un diámetro efectivo que es menor que el diámetro efectivo de las partículas en una capa corriente arriba. Por ejemplo, las partículas que tienen una capa 112C pueden ser partículas esféricas con un diámetro efectivo mayor que el diámetro efectivo de partículas que tienen una capa 112B. Opcionalmente , el diámetro efectivo de las partículas que tienen una capa 112A puede ser mayor que el diámetro efectivo de las partículas en la capa 112B ó 112C. Uno o más de los compartimientos concentradores puede tener estar recubiertos con una capa similar. En una modalidad preferida, las partículas en una capa corriente arriba tienen un diámetro efectivo que es al menos la dimensión de los intersticios entre las partículas de una capa corriente abajo. En modalidades adicionales, las partículas corriente arriba tienen un diámetro efectivo una dimensión más pequeña que es menor que la dimensión más pequeña de los orificios del distribuidor 160 que define un puerto de salida del compartimiento de agotamiento 112. El distribuidor 160 puede ser un tamiz que sirve para retener el medio dentro de los compartimientos. De este modo, cada uno de los compartimientos de agotamiento y de los compartimientos concentradores que contienen medio, pueden tener al menos un distribuidor que permite que el fluido fluya a través suyo mientras retiene el medio y una capa de medio que tiene un tamaño para retener partículas en una capa corriente arriba. Los orificios o aberturas de los distribuidores están típicamente diseñados para retener resinas que tienen un diámetro de aproximadamente 500 ym hasta aproximadamente 700 pm. Utilizando la configuración de la invención, se pueden utilizar resinas de intercambio aniónicas y catiónicas que tienen dimensiones menores que las dimensiones de los orificios lo cual mejora la cinética de la transferencia de masa a través del aparato. Además, las resinas más pequeñas de intercambio iónico pueden mejorar el empaquetamiento dentro del compartimiento y reducen la probabilidad de la formación de canales o desvíos en el flujo a lo largo de las paredes del compartimiento. El empaquetamiento estrecho de partículas esféricas o casi esféricas tiene espacios intersticiales de aproximadamente 0.414 veces el radio de las esferas. De este modo, el diámetro efectivo de la resina corriente arriba es preferiblemente no menor que tales dimensiones . Por ejemplo, las gotas de resina de malla fina que tienen un diámetro efectivo de aproximadamente 62 µp? hasta aproximadamente 83 xm pueden ser utilizadas en una capa corriente arriba con una capa de gotas de resina que tienen un diámetro de aproximadamente 300 µp? hasta aproximadamente 400 µ??. Cualquiera de las capas puede incluir cualquier fracción adecuada del compartimiento. La profundidad de la capa corriente arriba puede depender del suministro de un desempeño deseado. Además, configuraciones adecuadas contemplan el uso de gotas de resina catiónica que tienen un diámetro efectivo menor o dimensión con gotas de resina aniónica mayores para facilitar la actividad de migración de cationes. Los arreglos notables no están limitados al uso de resina activa como el medio inferior corriente abajo y se puede implementar la invención utilizando medio inerte en una o más de las capas corriente abajo. Las interfaces entre las capas pueden constituir un gradiente de gotas grandes y pequeñas de resina. De este modo, el límite entre las capas necesita ser particularmente delineado. Otras configuraciones, además, pueden involucrar una mezcla de las gotas de resina de malla fina mezclados con resinas mayores. Otro aspecto de la invención puede involucrar aparatos de electrodesionización que incluyen al menos un compartimiento concentrador que tiene medio en capas contenido allí. Como se ilustra en la FIG. 2. el dispositivo de electrodesionización 200 puede tener al menos un compartimiento concentrador 214 y al menos un compartimiento de agotamiento 212. Al menos uno de los compartimientos concentradores 214 puede tener una primera capa 215 y una segunda capa 216. En dispositivos de electrodesionización que tratan agua relativamente pura, tales como permeación por RO, la eficiencia actual está típicamente por debajo del 100% debido, se cree, al fraccionamiento del agua y al transporte del hidrógeno generado y de los iones hidroxilo. Esto puede crear fluctuaciones locales de pH y puede promover formación de incrustaciones especialmente donde la especie hidroxilo reacciona con la especie bicarbonato o el dióxido de carbono para formar iones carbonato que forman incrustaciones de carbonato de calcio. Por ejemplo, en un aparato de electrodesionización típico, los iones bicarbonato se transfieren a través de la membrana de intercambio aniónico cerca de la entrada del compartimiento pero pueden estar inhibidos de migrar adicionalmente a partir de la membrana. Cuando tiene lugar la división del agua, la especie hidroxilo transportada a través de la membrana de intercambio aniónico puede reaccionar con la especie bicarbonato para formar carbonato que reacciona luego con calcio para formar incrustaciones de carbonato de calcio. Por medio de la utilización de capas en uno o más de los compartimientos concentradores, se pueden dirigir las especies objetivo a ubicaciones en donde es menos probable que formen incrustaciones. Como se muestra en la FIG. 2. se puede disponer una capa 215 de medios de intercambio aniónico alrededor de la entrada del compartimiento concentrador 214 para promover la migración de la especie bicarbonato. Después de que la especie bicarbonato es transportada a través de la membrana de intercambio aniónico 24OA, es promovida a través de la resina aniónica de la capa 215 y se mueve hacia la membrana selectiva para cationes 240C. Aunque existan iones de dureza pasando a través de la membrana selectiva para cationes 24OC, el pH del fluido es relativamente bajo alrededor de esta membrana, lo cual reduce la probabilidad de formación de carbonato . Los compartimientos de agotamiento 212 y las otras una o más capas 216 de los compartimientos concentradores 214 pueden contener medios mezclados de intercambio catiónico y de intercambio aniónico. Para reducir más o inhibir la formación de incrustaciones, se pueden disponer capas de medio a lo largo del recorrido de la trayectoria de flujo del compartimiento concentrador. Como se muestra en la FIG. 3. una o más celdas concentradores pueden incluir, al menos parcialmente, una primera zona 314A de medios de intercambio iónico y una segunda zona 314B de medios de intercambio iónico. La primera y la segunda zonas se pueden distribuir en forma lineal a lo largo de la longitud del compartimiento como se representa por medio del limite 350 o puede ser un gradiente de cantidades crecientes o decrecientes de tipos de medios de intercambio iónico en las zonas 315C y 315D y delineadas por el límite de gradiente 351. La primera y la segunda zonas pueden incluir, consistir esencialmente de, o consistir de medios de intercambio aniónico, o de medios de intercambio catiónico. Por ejemplo, la zona 314A puede incluir medios dé intercambio catiónico que separa sustancialmente la zona 14B, que incluye medios de intercambio aniónico, de la membrana selectiva para cationes 340C. Separar sustancialmente se refiere a, en algunos casos, a estar dispuesto entre una zona y una membrana de tal modo que una zona de separación contiene o consiste esencialmente de un tipo de medio, que puede ser aniónico, catiónico o inerte.

En algunos casos, la primera zona o la segunda zona pueden ser una mezcla de diferentes cantidades de tipos de medios de intercambio iónico. Por ejemplo, la zona 315C puede incluir, consistir esencialmente de, o consistir de medios de intercambio catiónico adyacente a una membrana selectiva para cationes 340C y la zona 315D puede incluir, consistir esencialmente de, o consistir de medios de intercambio aniónico, en donde la cantidad de medios de intercambio aniónico, relativo a la cantidad de medios de intercambio catiónico se incrementa, o disminuye, a lo largo de la trayectoria de flujo o del recorrido, tal como un límite entre zonas que está definido por un límite de gradiente 351. En otra modalidad, se puede disponer de una tercera zona (no mostrada) de medios entre la primera y la segunda zonas. La tercera zona puede incluir, consistir esencialmente de, o consistir de medios inertes, medios de intercambio catiónico, medios de intercambio aniónico, medios mezclados, o mezclas de los mismos. Además, se pueden utilizar uno o más tamices entre las zonas o dentro de las zonas para facilitar el llenado de los compartimientos del aparato, lo cual, durante operación puede mejorar también la distribución del flujo y además inhibir la formación de incrustaciones. El montaje y el llenado se pueden facilitar también por medio de la utilización de un aglomerante para asegurar el medio de cada zona. Por ejemplo, el medio de la primera zona se puede mezclar con un aglomerante soluble en agua, tal como almidón. Se puede colocar luego la mezcla en el compartimiento. Se puede preparar en forma similar una segunda mezcla de medios de la segunda zona y disponerla dentro del compartimiento. La zona 314B facilita el transporte de especies ániónicas, tal como los iones bicarbonato, fuera de la membrana selectiva para aniones 34OA y la zona 315C facilita el transporte de las especies catiónicas, tal como los iones de calcio, fuera de la membrana selectiva para aniones 34OC. Tales zonas de separación reducen por lo tanto la probabilidad de la formación de incrustaciones alrededor de las superficies de las membranas. Como se ilustra en la FIG. 3. el compartimiento de agotamiento puede incluir una primera capa 312A de medio, una segunda capa 312B de medio, y, opcionalmente , una tercera capa 312C de medio. La primera capa puede incluir una mezcla de medios de intercambio aniónico, medios de intercambio catiónico, medios inerte. La segunda capa puede incluir, consistir esencialmente de, o consistir de medios de intercambio aniónico o medio inerte o una mezcla de los mismos. La tercera capa puede incluir, consistir esencialmente de, o consistir de medios de intercambio aniónico, medios de intercambio catiónico, medios inertes, ó una mezcla de los mismos. Otros aspectos de la invención involucran sistemas y técnicas que modifican el pH de una corriente que fluye en al menos un compartimiento concentrador de un aparato de electrodesionización. Se puede reducir el pH de la corriente para reducir la probabilidad de la formación de incrustaciones por medio de la generación y adición de una solución acida a uno o más de los compartimientos concentradores o de electrodo. La solución acida se puede generar o preparar por medio de la utilización de un módulo electrolítico. La inhibición adicional de incrustaciones o su tolerancia se puede ver afectada por la desgasificación del líquido concentrado. Se puede utilizar cualquier módulo para la generación de ácido tal como aquellos comercialmente disponibles con Dionex Corporation, Sunnyvale, California. Típicamente, un dispositivo de electrodesionización puede tratar líquidos que tienen baja dureza. Esta limitación reduce el ingreso del suministro de agua dentro de los dispositivos de electrodesionización hasta un nivel de dureza de 1 ppm o menor, como carbonato de calcio. Para tratar un agua que tiene un valor de dureza mayor al 1 ppm, se debe utilizar un proceso de pretratamiento tal como RO de doble paso o un ablandador posterior a la RO. Las operaciones con la unidad de pretratamiento adicional incrementan la complejidad del sistema y los costos así como el desperdicio. Los dispositivos de electrodesionización de la presente invención, sin embargo, pueden tratar fácilmente agua que tiene una dureza superior eliminando por lo tanto o reduciendo la dependencia de tales operaciones de pretratamiento . La adición de una solución ácida dentro del compartimiento concentrador de los dispositivos de electrodesionización para reducir la precipitación de calcio es conocida; sin embargo, la adición de soluciones ácidas a los dispositivos de electrodesionización no se práctica debido a la baja velocidad de flujo de las corrientes en los compartimientos concentradores, especialmente en el compartimiento de celda densa. Además, se requiere típicamente una gran cantidad de ácido. Como se ilustra en la FIG. 4. el sistema de tratamiento 400 de la invención puede incluir un dispositivo electroquímico 435 para producir una solución ácida para ser introducida dentro de un compartimiento, típicamente un compartimiento concentrador 414 de un dispositivo de electrodesionización 445 dispuesto para recibir agua que va a ser tratada a partir de la fuente 411. Una porción de agua tratada como producto del dispositivo de electrodesionización 445 puede ser usada para facilitar la generación de la solución ácida en un compartimiento generador de ácido 472 del dispositivo electroquímico 435. Al menos una porción del agua tratada puede ser suministrada a un punto de uso 413. Una fuente 462 de una solución de salmuera que contiene una sal, por ejemplo, de un tanque de solución ablandadora de salmuera puede ser introducida en el módulo electrolítico 435 para promover la producción de solución ácida. El dispositivo electroquímico 435 puede ser una porción de un dispositivo de electrodesionización 445. La solución de salmuera contiene típicamente cloruro de sodio. En algunos casos, la solución ácida puede ser introducida en uno o más de los compartimientos de agotamiento y concentradores 412 y 414. así como los compartimientos de electrodos del dispositivo de electrodesionización 445. Preferiblemente, la solución ácida se añade en una cantidad para suministrar un pH de la solución de la corriente de salida dejando al compartimiento con un pH aproximadamente entre 2.5 y 4.3 unidades. Otras modalidades pueden involucrar la neutralización de uno o más corrientes del dispositivo de electrodesionización 445. Por ejemplo una solución básica producida a partir del compartimiento 472 del módulo electrolítico 435 se puede combinar para neutralizar una corriente de salida, que tiene típicamente un pH bajo, del compartimiento concentrador 414 antes de ser descargado al drenaje 463 o al ambiente. La desgasificación de la corriente concentrada para remover el dióxido de carbono puede reducir además o eliminar el potencial de precipitación en el compartimiento concentrador. La desgasificación se puede lograr por medio de la adición de un dispositivo de desgasificación o por medio de procesos de membrana o de otros métodos . La desgasificación puede ser relevante cuando se utiliza una solución ácida en el compartimiento concentrador debido a la formación potencial de gas dióxido de carbono, que se puede difundir de nuevo a través de la membrana y reducir la calidad del producto. Además, el flujo de la corriente dentro del compartimiento puede ser en contracorriente para facilitar la remoción del gas. La recirculación del compartimiento de concentración utilizando una bomba y, opcionalmente , un tanque puede reforzar además la inhibición de las incrustaciones por medio de las técnicas de acidificación y desgasificación descritas aquí. Los componentes, las disposiciones, y las técnicas de la invención también proveen una mejor distribución de corriente en un dispositivo de electrodesionización. Como se ilustra esquemáticamente en la FIG. 5. la resistencia a la corriente a través del aparato de electrodesionización 500 entre los electrodos 520 y 522 se puede caracterizar por medio de una serie de resistencias del compartimiento 573. 575 y 577. que son representativas de los compartimientos concentradores y de agotamiento 512 y 514. y por resistencias de membrana 584. 586 y 588. que son representativas de las membranas aniónicas selectivas 54 OA de las membranas catiónicas selectivas 54 OB. Una distribución mejorada de corriente a través del aparato de electrodesionizacion 500 se puede realizar por medio de la utilización al menos de un compartimiento concentrador con al menos una porción del mismo con una resistencia efectiva de corriente 580 que es superior a la resistencia efectiva de corriente de los otros compartimientos, tal como los compartimientos concentradores. La resistencia efectiva a la corriente de un compartimiento o porción del mismo puede ser modificada por medio de la mezcla de gotas inertes de resina, o materiales no conductores o poco conductores, dentro del compartimiento concentrador. El incremento selectivo de la resistencia efectiva de corriente afecta una distribución más uniforme de corriente a través de los otros compartimientos. Las variaciones reducidas de corriente a través de los compartimientos de agotamiento, por ejemplo, mejoran el desempeño total. En un dispositivo de electrodesionizacion, la resistencia eléctrica puede depender de los tipos de medio en el dispositivo así como de la forma química activa de esos medios, esto es, que iones se mueven a través del medio. En compartimientos con una cama en capas, la resistencia varía típicamente entre las capas debido a los diferentes tipos de resina y de la forma de las resinas. Típicamente, se motivan las especies más fuertemente cargadas o los iones y viene a continuación el fenómeno de la división del agua y la promoción débil de iones. De este modo, las resinas del medio cerca de la entrada del compartimiento intercambiarían con las especies objetivo en el agua de alimentación mientras que el medio cerca déla salida estaría principalmente en forma de hidrógeno y de hidróxido. Típicamente, la mayoría de los iones fuertemente cargados deben ser removidos, los cuales pueden no ser afectados si la concentración de la alimentación y/o del flujo son los suficientemente altos o si la corriente es suficientemente baja. Si la resistencia en los compartimientos puede variar entre capas de los mismos o a lo largo de la longitud del lecho, entonces la densidad de corriente puede variar también proporcionalmente . Sin embargo, la resistencia a través de todo el módulo puede no ser una función de las resistencias de los compartimientos de agotamiento. Los compartimientos de agotamiento están eléctricamente en serie con las membranas y los compartimientos concentradores y los compartimientos del electrodo, que pueden también variar o no en resistencia a lo largo de su longitud. Si las resistencias de los compartimientos de agotamiento son una porción pequeña de la resistencia total a través del módulo, entonces incluso si tales resistencias varían significativamente, la resistencia total estará dominada por otros factores y la distribución de corriente será más uniforme. Sin embargo, si las resistencias del compartimiento de agotamiento son altas con relación a las otras resistencias, la distribución de corriente se verá afectada por las diferencias de resistencia dentro de los compartimientos de agotamiento. Los dispositivos típicos de electrodesionización incorporan compartimientos de electrodo y/o concentradores rellenos de malla. En estas configuraciones, la resistencia del agua en estos compartimientos es mucho mayor que la resistencia de la resina en los compartimientos de agotamiento en la mayoría de los casos, y por lo tanto, la distribución de corriente no está generalmente controlada por las resistencias de los compartimientos de agotamiento. Llenando los compartimientos concentradores y de electrodo con resina así como utilizando membranas de intercambio iónico de menor resistencia se reduce significativamente la resistencia total del módulo. Sin embargo, en ciertas circunstancias esto puede conducir a una distribución poco uniforme de la corriente en la medida en que las resistencias del módulo son dominadas por las resistencias de los compartimientos de agotamiento. En algunas modalidades de la invención, por lo tanto, los compartimientos concentradores y de electrodo rellenos de malla pueden minimizar la distribución poco uniforme de la corriente. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones posteriores a la RO, el agua tiene muy poca conductividad conduciendo a una alta resistencia del módulo. Esta alta resistencia crea además limitaciones si existen restricciones eléctricas de potencial. La invención, en contraste, provee un desempaño comparable sin utilizar una inyección de salmuera dentro de la corriente que fluye dentro del compartimiento concentrador reduciendo así el costo de operación y la complejidad del proceso.

Como se observa, la mezcla de resina inerte en uno o más compartimientos concentradores y/o de electrodo como relleno puede incrementar la resistencia en aquellos compartimientos lo cual mejora la distribución de corriente a través del módulo. Como se muestra en la FIG. 5. uno o más compartimientos concentradores 516 pueden incluir resina inerte para suministrar una resistencia efectiva superior 580, a través suyo, que domine el conjunto de resistencias de otros compartimientos y membranas. Ya que la resistencia dominante controla la resistividad total, la distribución efectiva de corriente a través de los otros compartimientos se hace más uniforme. La cantidad de resina inerte se puede variar para incrementar la resistencia efectiva y modificar la distribución de corriente a través del aparato. Se puede usar también la resina inerte en capas en uno o más compartimientos concentradores y de electrodo para incrementar localmente la resistencia en ciertas porciones donde se determina que la resistencia de la dilución es baja. De este modo, como se muestra en la FIG. 5. la distribución de corriente a través de la zona 512 puede coincidir o hacerse comparable con la corriente a través de la zona 511 del aparato por medio de la utilización de una capa de resistividad superior en el compartimiento 515 de modo que la resistencia efectiva 573 de la capa del compartimiento 515 se incrementa. La cantidad de resistencia se puede determinar empíricamente midiendo la resistencia efectiva con relación a la cantidad de resina inerte utilizada. Se pueden utilizar otros materiales con baja conductividad, tal como tamices poliméricos o materiales de fibra para incrementar la resistencia junto con las gotas inertes de resina. El aparato de electrodesionización puede ser limitado a una recuperación máxima del 90% al 95% para evitar la formación de incrustaciones de especies de solubilidad limitada en el suministro de agua tales como dureza y sílice. Si el suministro de agua contiene cantidades muy bajas de estas especies, el dispositivo debe ser capaz de operar con tasas de recuperación más altas. Algunos aspectos de la invención involucran aparatos de electrodesionización que tienen múltiples pasadas a través de los compartimientos concentradores de los mismos proveyendo así tasas de recuperación. Las configuraciones de paso múltiple facilitan el mantenimiento de una velocidad predeterminada sin una bomba de recirculación y retorno. Sin embargo, se puede utilizar preferiblemente la invención en aplicaciones con bucles de recirculación en donde la concentración de iones en el suministro de agua es baja y se desea una recuperación muy alta para evitar desperdiciar o descargar agua de alta pureza y/o incrementar el tiempo de operación del sistema en conjunto. En algunas modalidades de los aparatos de electrodesionización de la invención, la velocidad de flujo del fluido es suficiente para reducir la probabilidad de crear volúmenes muertos, formación de canales y sobrecalentamientos localizados dentro de los compartimientos. Por ejemplo, la velocidad deseada de flujo del fluido en un compartimiento puede ser al menos aproximadamente de 2 galones por minuto por pie cuadrado en un compartimiento concentrador. Otras velocidades de flujo del fluido pueden estar dictadas por otros factores, incluyendo, pero sin limitarse a, la concentración de un componente del componente que precipita, de la temperatura del fluido, y el pH del fluido. Velocidades menores pueden inducir la formación de canales. La FIG . 6 ilustra esquemáticamente una porción de un aparato de electrodesionización 600 que comprende componentes de agotamiento 614 y compartimientos concentradores 612 entre los compartimientos de electrodo 630 y 632. La disposición y configuración proveen un paso en el compartimiento de agotamiento con una pluralidad asociada de pasadas en el compartimiento concentrador en el aparato de tratamiento y en los sistemas de la invención. Tales configuraciones permiten una mayor velocidad de flujo en los compartimientos concentradores, preferiblemente hasta de cinco veces superior que la velocidad de flujo de un dispositivo de una sola pasada. Como se muestra en la FIG. 6. se introduce secuencialmente el agua de la fuente 615 dentro de los compartimientos concentradores 612 y se dirige dentro de los compartimientos concentradores 612B corriente abajo y luego hacia los compartimientos 612C y al drenaje o a la unidad de operación 625 corriente abajo. Se introduce el agua que va a ser tratada en compartimientos de agotamiento 614 y se dirige al punto de uso sin seguir o rastrear el flujo de agua a través de los compartimientos 612. 612A y 612B. La invención, sin embargo, no está limitada al número de volúmenes del compartimiento concentrador asociado con relación al número de volúmenes del compartimiento de agotamiento y cualquier proporción de compartimientos concentradores con relación a los compartimientos de agotamiento puede ser utilizada para suministrar una alta velocidad deseada de flujo de fluido a través de los compartimientos . Los diferentes tamaños de las gotas de resina de intercambio aniónico y catiónico en las capas mezcladas o el compartimiento pueden ser utilizados para reducir adicionalmente la velocidad de transporte de los contraiones de las gotas mayores y facilitar el transporte de los contraiones de las gotas menores. El transporte de iones se presenta típicamente a través de las resinas de intercambio iónico. Un transporte exitoso puede depender entonces de una trayectoria completa del material similar entre las gotas y las membranas. Una especie catiónica típicamente se difunde sobre un gota de resina catiónica y tenderá a moverse hacia el cátodo siguiendo la trayectoria del medio catiónico hasta alcanzar la membrana selectiva para cationes y pasar a través de ella hacia el compartimiento concentrador. Si se rompe el paso, la especie catiónica tendrá que difundirse fuera del último gota y dentro del seno de la solución, reduciéndose por lo tanto la posibilidad de ser recogida posteriormente en el lecho e incrementando la posibilidad de que termine en el agua producida. El paso se puede romper por causa de un empaquetamiento deficiente de tal manera que las gotas no tengan buen contacto o pueda ser roto por una gota de carga opuesta. Utilizando una celda relativamente delgada o de empaquetamiento apretado las resinas pueden incrementar la probabilidad de mantener la senda deseada. Utilizando resina de intercambio aniónico o catiónico de un tamaño similar y relativamente uniforme se incrementará también la probabilidad de mantener la senda deseada. Utilizando resina de intercambio aniónico y catiónico de diferentes tamaños, sin embargo, se puede bloquear la transferencia.

En algunos casos, puede ser conveniente inhibir el transporte ya sea de aniones o de cationes. Por medio de la reducción selectiva del tamaño de un tipo de resina en un lecho mezclado, se mejorará la transferencia de los contraiones de las gotas más pequeños debido a sendas más completas mientras que la transferencia de los contraiones de las gotas mayores se retardará debido a más pocas trayectorias completas debido a que en la medida en que el tamaño de las gotas más pequeños alcanza alguna fracción del tamaño de las gotas mayores, las gotas más pequeños de resina tienden a empaquetarse alrededor de las gotas mayores, lo cual aisla y rompe la trayectoria desde un gota mayor hasta el siguiente. Este fenómeno puede depender también de la proporción relativa de las gotas de resina de intercambio iónico grandes y pequeñas. Por ejemplo, una mezcla del 50% en volumen de gotas pequeñas afectaría el transporte de iones en forma muy diferente que una mezcla del 25% o del 75% en volumen de gotas pequeñas. Una vez que se selecciona apropiadamente la proporción de tamaño y de mezcla del medio para hacer más lento el transporte de un tipo selectivo u objetivo de ión y se incrementa el transporte de tipo diferente, se deben transferir los iones hidrógeno o hidroxilo para mantener la neutralidad eléctrica. Por ejemplo, si se utiliza un lecho que consiste esencialmente de resina catiónica en un compartimento de agotamiento como se muestra en la FIG. 7A, la especie catiónica migraría a través de las gotas de resina de intercambio catiónico 731 y de la membrana catiónica 74OC hacia un compartimento concentrador adyacente. El agua se dividiría en el sitio 766 de la membrana selectiva para aniones 740A que crea un ion hidrógeno que reemplaza al catión migrante en el compartimento de agotamiento y a un ion hidroxilo que migra dentro de un compartimiento concentrador adyacente que neutraliza a la especie catiónica que migra desde otro compartimiento de agotamiento (no mostrado) . Este fenómeno depende de la habilidad para dividir el agua sobre la superficie de la membrana aniónica donde existe relativamente poca área de contacto entre la membrana aniónica y las gotas catiónicos. La utilización de gotas más pequeñas de resina de intercambio catiónico 733 con gotas mayores de resina de intercambio aniónico 734. como se ilustra en la FIG. 7B, reduce la tasa de transporte de especies aniónicas. Además, el uso de diferentes tamaños de gotas de resina proporciona sitios adicionales de división de agua 766 en las tangentes entre la resina de intercambio catiónico 733 y las gotas de resinas de intercambio aniónico 734. lo cual a su vez mejora el desempeño por medio de la reducción de la resistencia a través del módulo. Por ejemplo, un aparato de electrodesionización de la invención puede incluir un compartimiento que contiene una mezcla de resinas de intercambio aniónico y resinas de intercambio catiónico, teniendo las resinas de intercambio catiónico un diámetro promedio al menos 1.3 veces mayor que un diámetro promedios de las resinas de intercambio aniónico. Alternativamente o además, el aparato de electrodesionización puede incluir un compartimiento que contiene una mezcla de resinas de intercambio aniónico y resinas de intercambio catiónico, teniendo las resinas de intercambio catiónico un diámetro promedio al menos 1.3 veces mayor que un diámetro promedios de las resinas de intercambio aniónico .

Ejemplos La función y ventajas de estas y otras modalidades de la invención pueden ser mejor entendidas a partir de los ejemplos que vienen a continuación, que ilustran los beneficios y/o las ventajas de uno o más de los sistemas y técnicas de la invención pero no ejemplifican el alcance total de la invención. Ejemplo 1 Este ejemplo describe el efecto de la temperatura sobre el índice de Saturación de Langelier (LSI) . El cálculo de un valor del LSI es conocido en el arte para medir el potencial de formación de incrustaciones. El LSI es una función del pH, de los sólidos disueltos totales (TDS) , de la temperatura, de la dureza total (TH) , y de la alcalinidad. Utilizando los siguientes estimados para estos parámetros para una corriente del compartimiento concentrador de un aparato de electrodesionización, se puede definir la temperatura de la corriente con relación al valor del LSI y se muestra una relación representativa en la FIG. 8. con base en una corriente con un pH de 9.5 unidades, un TDS de 30 ppm, un TH de 15 ppm, expresados como CaC03. y una alcalinidad de aproximadamente 25 ppm, expresada como CaC03. Cuando el valor del LSI de una corriente es positivo, es probable que ocurran incrustaciones. Para inhibir las incrustaciones, se reduce el valor del LSI de la corriente, preferiblemente hasta un valor negativo. La FIG. 8 muestra que en la medida que la temperatura se reduce, se reduce el valor del LSI por debajo de cero alrededor.de los 12.5°C. De este modo, para las condiciones descritas anteriormente, el enfriamiento de la corriente dentro del compartimento concentrador de un dispositivo de electrodesionización por debajo de 12.5°C debe reducir la probabilidad o evitar la formación de incrustaciones. El enfriamiento puede llevarse a cabo por medio de acoplamiento térmico de un intercambiador de calor, o enfriador, corriente arriba del aparato de electrodesionización. Se pueden utilizar otros componentes y subsistemas que facilitan la remoción de la energía térmica de una o más corrientes dentro del aparato. Por ejemplo, se pueden utilizar uno o más sensores y controladores para definir un retorno de control de temperatura y facilitar el mantenimiento de la temperatura de la corriente hasta una temperatura objetivo o incluso para reducir el valor efectivo del LSI hasta una cantidad objetivo o deseada. La temperatura objetivo se puede determinar empíricamente, definiendo una temperatura de la corriente que va a ser introducida dentro de un compartimiento concentrador del dispositivo de electrodesionización, o se la puede calcular con base al menos parcialmente en el valor calculado del LSI. Por ejemplo, una temperatura objetivo establecida empíricamente puede ser una temperatura a la cual históricamente no se observan incrustaciones con o sin un margen adicional para garantizar que se inhiban las incrustaciones adicionales. Se puede definir una temperatura objetivo con base en el LSI que se basa en una relación de temperatura derivada del LSI calculando luego la temperatura objetivo asociada con una reducción determinada en el valor del LSI. Ejemplo 2 En este ejemplo, se estudió el efecto del tamaño de gota de resina sobre el desempeño de un aparato de electrodesionización de acuerdo con uno o más aspectos de la invención. En un ensayo, se construyó un módulo de electrodesionización utilizando una mezcla igual de resina aniónica con un diámetro promedios de gota de 575 ym y una resina catiónica con un diámetro promedios de gota de 350 ym en los compartimientos de agotamiento. Ambas resinas tenían tamaño uniforme de partícula de acuerdo con estándares industriales. El módulo fue alimentado con agua que había sido previamente tratada por medio de osmosis reversa y contenía aproximadamente 0.5 ppm de Mg y 1.5 ppm de Ca (ambos expresados como CaC03) con un pH de aproximadamente 6.1. Se operó el módulo casi con una eficiencia de corriente del 100% y la calidad del producto fue aproximadamente de 1 - 2 ?O-cm sin casi remoción de sílice. El nivel de dureza del agua producida estaba por debajo del límite de detección de acuerdo a lo medido por medio de un espectrofotómetro Hach (< 10 ppb) y se redujo el pH aproximadamente hasta 5.7. Esto indica que el módulo estaba removiendo preferencialmente cationes sobre aniones. Ejemplo 3 En este ejemplo, se estudio el efecto sobre el desempeño de un aparato de electrodesionización con varias capas de diferentes tamaños de gota en compartimientos de los mismos de acuerdo con uno o más aspectos de la invención. Se construyó un módulo con tres capas de resina de intercambio iónico en los compartimientos de agotamiento. La primera y la última capa consistían de una mezcla igual de resina catiónica y aniónica de diámetros de partícula uniformes de aproximadamente 600 µp?. La capa del medio consistió de una mezcla uniforme de resinas de intercambio catiónico y de intercambio aniónico con diámetros de partícula entre 150 - 300 µp El módulo espaciador tenía ranuras en el distribuidor de flujo, que son utilizadas para mantener las resinas en su lugar, con un ancho de 254 . Se operó el módulo durante varios meses sin cambio en la caída de presión, lo cual indica que las resinas en la capa del medio, de las cuales algunas eran más pequeñas que las aberturas del espaciador, no pasaron a través de la capa inferior de resina y de la salida del módulo. Además, la adición de la capa del medio de resinas más pequeñas mejoró el desempeño de un dispositivo comparable de electrodesionización, del módulo de control. Se operó el módulo en paralelo con otros módulos de electrodesionización que tienen compartimientos que contienen una mezcla uniforme de resinas de intercambio catiónico y de intercambio aniónico con diámetros de partícula de aproximadamente 600 µp?. Con un suministro de agua previamente tratada por medio de osmosis reversa que tiene una conductividad de aproximadamente 30 yS/cm y que contiene 3.75 ppm de C02. el módulo que contiene la capa de resinas de intercambio iónico más pequeñas produjo agua con una resistividad de 16.4 O-cm mientras que el otro módulo típico, sin una capa de resinas de intercambio iónico más pequeñas, produjo agua con una resistividad de 13.5 ?O-cm. Además ', el módulo que contenía la capa de resinas de intercambio más pequeñas mostró una remoción de sílice de 96.6% versus 93.2% para el módulo de control. Ejemplo 4 En este ejemplo, se estudió el efecto sobre el desempeño de un aparato de electrodesionización con varias o múltiples pasadas a través de los compartimientos concentradores de los mismos. Se ensambló un módulo de electrodesionización con cuatro compartimientos de agotamiento, tres compartimientos concentradores y dos compartimientos de electrodo. Todos los compartimientos de agotamiento fueron alimentados en forma paralela con agua para ser tratada.

El compartimiento concentrador y los compartimientos de electrodo fueron alimentados en serie de tal manera que la corriente introducida dentro de los compartimientos concentradores entrara primero al compartimiento para el cátodo, luego fluyera secuencialmente a través de los compartimientos concentradores y finalmente a través del compartimiento para el ánodo. Esto contrasta con la configuración convencional en la cual se alimenta típicamente una corriente de agua dentro de los compartimientos de electrodo en forma paralela con la corriente de agua dentro de los compartimientos concentradores. El módulo tenía por lo tanto cinco pasos efectivos en el compartimiento concentrador. Los datos para este módulo (marcado como "Concentración en Serie") junto con los datos de desempeño para un módulo estándar operando con flujos paralelos (marcado como "Concentración en Paralelo") se enlistan en la Tabla 1 más abajo. Los datos muestran que por medio de una disposición en serie de la corriente para que fluya a través de los compartimientos concentradores y de electrodo, un fluido fluye con una velocidad similar a aquella cuando se opera en paralelo con una tasa de flujo de rechazo mucho menor. Por lo tanto, se pueden obtener recuperaciones muy altas mientras se mantenga una velocidad mínima en el concentrado . Tabla 1. Comparación del módulo con un paso único de concentración versus el módulo con cinco pasadas Módulo Concentración Concentraeión en Paralelo en Serie Alimentación, µ?/a? 30.3 30.3 Resistencia eléctrica, 4.3 4.2 Ohms Calidad del producto, 3.1 3.6 ?O-cm Flujo de producto, gpm 2.25 2.25 Flujo de concentrado, 7.2 1.2 gpm Recuperación, % 94.9 99.1 Velocidad de 2.0 1.7 concentración, gpm/pie2 Ejemplo 5 En este ejemplo, se estudió el efecto sobre el desempeño de un aparato de electrodesionización con capas horizontales y verticales en el compartimiento concentrador. Se ensamblaron dos módulos con diferentes configuraciones de capa como se muestra en las FIGS . 9A y 9B. Cada módulo incluía cuatro de los pares de celdas de repetición ilustradas respectivamente. En las figuras, "MB" se refiere a una mezcla de resinas; "A" y "C" se refieren a zonas o capas que contienen resina de intercambio aniónico y resina de intercambio catiónico, respectivamente; y "AEM" y "CEM" se refieren a la membrana selectiva para aniones y a la membrana selectiva para cationes . Se operaron los módulos durante dos y tres semanas respectivamente con un suministro de agua que tiene una conductividad aproximadamente de 10 S/cm y que contiene una dureza total de 2 ppm, expresada como carbonato de calcio. Después de este período se abrieron los módulos y no se observaron incrustaciones. En contraste, un módulo sin capas que contenía una resina de lecho mezclado en los compartimientos concentradores y de agotamiento mostró incrustaciones sobre las membranas aniónicas en el concentrado después de dos semanas de operación sobre el mismo suministro de agua.

Ejemplo 6 En este ejemplo, se estudió el efecto sobre el desempeño de un aparato de electrodesionización con capas verticales en los compartimientos de los mismos junto con la adición de una solución ácida. Se ensamblaron tres módulos con formación de capas horizontales en el compartimiento de agotamiento y zonas o capas orientadas verticalmente, a lo largo de la ruta de flujo, en los compartimientos concentradores. Se dispusieron también las celdas de barrera en forma adyacente a ambos compartimientos de electrodo. Se operaron los módulos durante noventa días con un suministro de agua posterior a la RO que contenía aproximadamente 2 ppm de dureza total. Se inyectó una solución ácida dentro de los compartimientos concentradores a una taza que suministra un pH a la corriente de agua que sale de los compartimientos concentradores de aproximadamente 2.5 - 3.5. La FIG. 10 muestra un desempeño estable durante todos los noventa días. En la figura, "FCE" se refiere al equivalente de conductividad del suministro, que se calcula añadiendo la conductividad real del suministro, en pS/cm, al dióxido de carbono del suministro, en ppm, 2.67 veces y la sílice del suministro, en ppm, 1.94 veces; y "TH del Suministro" se refiere a la dureza total del suministro. El controlador del sistema de la invención se puede implementar utilizando uno o más sistemas de cómputo. El sistema de cómputo puede ser, por ejemplo, un computador para propósitos generales tal como aquellos con base en un procesador del tipo PENTIUM® de Intel, un procesador Motorola PowerPC®, un procesador Sun UltraSPARC®, un procesador Hewlett-Packard PA-RISC®, o cualquier otro tipo de procesador o combinaciones de los mismos. Alternativamente, el sistema de computación puede incluir un hardware de propósito especial, programado especialmente, por ejemplo, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) o controladores para sistemas analíticos . El sistema de computación puede incluir uno o más procesadores conectados típicamente a uno o más dispositivos de memoria, que pueden incluir, por ejemplo, a uno cualquiera o más entre una unidad de disco de memoria, un dispositivo de memoria flash, un dispositivo de memoria RAM u otros dispositivos para almacenamiento de datos. Se utiliza típicamente la memoria para almacenamiento de programas y de datos durante la operación del sistema de tratamiento y/o del sistema de cómputo. El software, incluido el código de programación que implementa las modalidades de la invención, se puede almacenar en un medios de cómputo para registro no volátil que puede leerse y/o que puede escribirse, y luego típicamente copiarse en una memoria en donde pueda entonces ser ejecutado por el procesador. Los componentes del sistema de cómputo se pueden acoplar por medio de un mecanismo de interconexión, que puede incluir uno o más buses (por ejemplo, entre componentes que están integrados dentro de un mismo dispositivo) y/o una red (por ejemplo, entre componentes que residen sobre dispositivos discretos separados) . El mecanismo de interconexión permite típicamente el intercambio de comunicaciones (por ejemplo, datos, instrucciones) entre componentes del sistema de cómputo. El sistema de cómputo puede incluir también uno o más dispositivos de entrada, por ejemplo, un teclado, un ratón, un dispositivo de bola, un micrófono, una pantalla táctil, y uno o más dispositivos de salida, por ejemplo, un dispositivo de impresión, una pantalla o un parlante. Además, el sistema de cómputo puede contener una o más interfaces que pueden conectar al sistema de cómputo con una red de comunicación (además o como alternativa a la red que puede estar formada por uno o más de los componentes del sistema de cómputo) . De acuerdo con una o más modalidades de la invención, uno o más de los dispositivos de entrada pueden incluir sensores para medición de parámetros. Alternativamente, el sensor, las válvulas de dosificación y/o las bombas, o todos estos componentes pueden estar conectados a una red de comunicación que está operativamente acoplada al sistema de cómputo. El controlador puede incluir uno o más medios de almacenamiento de cómputo tales como un medios de registro no volátil que se puede leer y/o que se puede escribir en el cual se pueden almacenar las señales que definen un programa que va a ser ejecutado por uno o más procesadores. El medio de almacenamiento puede ser, por ejemplo, un disco o una memoria flash. Aunque el sistema de cómputo puede ser un tipo de sistema de cómputo sobre el cual se pueden llevar a cabo diferentes aspectos de la invención, se debe apreciar que la invención no está limitada a ser implementada en un software o sobre el sistema de cómputo que se mostró como ejemplo. En realidad, en vez de implementarlo, por ejemplo, sobre un sistema de cómputo para propósito general, el controlador, o los componentes o subsecciones del mismo, se pueden implementar alternativamente como un sistema dedicado o como un controlador lógico programable dedicado (PLC) o en un sistema distribuido de control. Además se debe apreciar que uno o más características o aspectos de la invención se pueden implementar en un software, un hardware o un firmware, o en cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, se pueden llevar a cabo uno o más segmentos de un algoritmo ejecutable por medio del controlador en computadores separados, que a su vez, se pueden comunicar a través de una o más redes . Aquellos capacitados en el arte se darán cuenta que los parámetros y las configuraciones descritas aquí son ejemplos y que los parámetros reales y/o las configuraciones dependerán de la aplicación específica en la cual se utilicen los sistemas y técnicas de la invención. Aquellos capacitados en el arte deberán reconocer también o ser capaces de determinar, utilizando únicamente experimentación de rutina, equivalentes para las modalidades específicas de la invención. Se debe entender por lo tanto que las modalidades descritas aquí se presentan únicamente a manera de ejemplo y dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y equivalentes de las mismas; la invención se puede llevar a cabo de una manera distinta a la descrita específicamente aquí. Además, se debe apreciar también que la invención está dirigida a cada característica, sistema, subsistema o técnica descrita aquí y a cualquier combinación de dos o más características, sistemas, subsistemas o técnicas descritas aquí y a cualquier combinación de dos o más características, sistemas, subsistemas y/o métodos, si tales características, sistemas, subsistemas y técnicas no son mutuamente inconsistentes, se considera que están dentro del alcance de la invención como las contenidas en las reivindicaciones. Además, los actos, elementos y características discutidas únicamente en conexión con una modalidad no pretenden ser excluidas de un papel similar en otras modalidades. Como se lo utiliza aquí, el término "pluralidad" se refiere a dos o más artículos o componentes. Los términos "que comprende" , "que incluye" , "que transporta" , "que tiene" , "que contiene" , y "que involucra" ya sea en la descripción escrita o en las reivindicaciones y similares, son términos no limitados de antemano, esto es, que significa "incluido pero no limitado a" . Por lo tanto, el uso de tales términos tiene la intención de abarcar a los ítems en listados más adelante, y equivalente de los mismos, así como ítems adicionales. Únicamente las frases transcripcionales "que consiste de" y "que consiste esencialmente de" , son frases de transición parecidas o muy parecidas, respectivamente, con respecto a las reivindicaciones . El uso de términos ordinales tales como "primero", "segundo", "tercero", y similares en las reivindicaciones para modificar un elemento de la reivindicación no connota por si mismo ninguna prioridad, precedencia u orden de un elemento de la reivindicación sobre otro o el orden temporal en el cual se llevan a cabo los actos de un método, sino que se utilizan simplemente como etiquetas para distinguir un elemento de una reivindicación que tiene un cierto nombre de otro elemento que tiene un mismo nombre (sino para el uso del término ordinal) para distinguir los elementos de la reivindicación. La solicitud provisional de patente estadounidense No. 60/805,505 presentada el 22 de Junio de 2006. titulada TOLERANCIA MEJORADA A LA DUREZA DE MÓDULOS CEDI, y la solicitud provisional de patente estadounidense con serial No. 60/805,510, presentada el 22 de Junio de 2006 titulada MÉTODOS PARA REDUCIR LAS INCRUSTACIONES EN DISPOSITIVOS EDI, se incorporan aquí como referencia. Lo que se reivindica es :

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes:
REIVINDICACIONES 1. Un aparato de electrodesionización que tiene un compartimiento para el ánodo y un compartimiento para el cátodo, que incluye: un primer compartimiento de agotamiento dispuesto entre el compartimiento para el ánodo y el compartimiento para el cátodo; un compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento; un segundo compartimiento de agotamiento en comunicación iónica con el compartimiento concentrador; y una primera celda de barrera en comunicación iónica con y dispuesta entre el primer compartimiento de agotamiento y al menos el compartimiento para el ánodo y el compartimiento para el cátodo, en donde la primera celda de barrera contiene un medios de intercambio iónico y está al menos parcialmente definida por una membrana selectiva para aniones . 2. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 1, en donde la primera celda de barrera está al menos parcialmente definida por una membrana selectiva para cationes dispuesta en forma adyacente al primer compartimiento de agotamiento.
3. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 2, en donde la primera celda de barrera está el menos parcialmente definida por una membrana selectiva para aniones y dispuesta en forma adyacente al compartimiento para el cátodo.
4. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 3, en donde la primera celda de barrera contiene una capa de medio que incluye una mezcla de medios de intercambio aniónico y de medios de intercambio catiónico .
5. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 4, en donde el compartimiento para el cátodo contiene una mezcla de medios de intercambio aniónico y de medios de intercambio catiónico.
6. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 1. que comprende además una segunda celda de barrera en comunicación iónica con el segundo compartimiento de agotamiento, en donde la segunda celda de barrera está dispuesta entre el compartimiento para el ánodo y el segundo compartimiento de agotamiento.
7. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 6, en donde la segunda celda de barrera está dispuesta en forma adyacente al segundo compartimiento de agotamiento .
8. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 7, en donde la segunda celda de barrera comprende además una membrana selectiva para cationes dispuesta en forma adyacente al compartimiento para el ánodo .
9. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 8, en donde la segunda celda de barrera contiene una capa de medo que incluye una mezcla de medios de intercambio aniónico y de medios de intercambio catiónico .
10. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 8, en donde el compartimiento para el ánodo contiene medios de intercambio catiónico.
11. Un aparato de electrodesionización que comprende: un compartimiento de agotamiento; y un primer compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento, y definido al menos parcialmente por medio de una membrana selectiva para aniones y una membrana selectiva para cationes, el primer compartimiento concentrador conteniendo al menos parcialmente una primera zona que consta sustancialmente de un medios de intercambio catiónico que está sustancialmente separado de la membrana selectiva para aniones por medio de una segunda zona que consta sustancialmente de medios de intercambio aniónico.
12. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 11, que comprende además un segundo compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento, el segundo compartimento concentrador definido al menos parcialmente por medio de una membrana selectiva para cationes y una membrana selectiva para aniones y que contiene una primera porción que incluye medios de intercambio iónico y una segunda porción que incluye medios de intercambio iónico, cada una de la primera y segunda porciones llena parcialmente un segmento longitudinalmente del segundo compartimiento concentrador.
13. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 12, en donde la primera porción está predominantemente compuesta de medios de intercambio catiónico y está dispuesta en forma adyacente a la membrana selectiva para cationes del segundo compartimiento concentrador .
14. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 13, en donde la segunda porción está sustancialmente compuesta de medios de intercambio aniónico y está sustancialmente separada de la membrana selectiva para cationes del segundo compartimiento por medio de la primera porción de medios de intercambio catiónico.
15. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 11, en donde al menos uno entre el primero y segundo compartimientos concentradores contiene además medio electroquímicamente inerte.
16. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 11, que comprende además una fuente de una solución ácida en comunicación fluida con una entrada del primer compartimiento concentrador.
17. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 11, en donde el medio de intercambio catiónico contiene resina de intercambio catiónica de ácido débil.
18. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 11, en donde el medio de intercambio aniónico contiene resina de intercambio aniónico de base débil.
19. Un aparato de electrodesionización que comprende: un compartimiento de agotamiento; un primer compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento, el primer compartimiento concentrador incluyendo medio con una primera resistencia efectiva de corriente; y un segundo compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento, en donde una porción del segundo compartimiento concentrador incluye medio con una segunda resistencia efectiva de corriente mayor que la primera resistencia efectiva de corriente.
20. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 19, en donde la resistencia efectiva de al menos una porción del segundo compartimiento concentrador es al menos dos veces mayor que la primera resistencia efectiva.
21. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 19, en donde el segundo compartimiento concentrador contiene medio inerte.
22. Un aparato de electrodesionización que comprende: un compartimiento de agotamiento; y un compartimiento concentrador en comunicación iónica con el compartimiento de agotamiento, el compartimiento concentrador incluyendo una mezcla de resina de intercambio aniónico y de resina de intercambio catiónico, en donde cantidades de la resina de intercambio aniónico y de la resina de intercambio catiónico en la mezcla varían con relación a la longitud de la ruta de flujo del compartimiento concentrador.
23. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 22, en donde la cantidad relativa de resina de intercambio aniónico se incrementa a lo largo de la ruta de flujo del compartimiento concentrador.
24. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 22, en donde la cantidad relativa de resina de intercambio catiónica se incrementa a lo largo de la ruta de flujo del compartimiento concentrador.
25. Un aparato de electrodesionización que tiene al menos un compartimento con al menos un puerto de salida definido por medio de un distribuidor que tiene un pluralidad de aberturas, que comprende: una primera capa de partículas en el compartimiento unida por membranas selectivas para iones, el medio que contiene partículas teniendo un primer diámetro efectivo menor que la dimensión más pequeña de las aberturas ; y una segunda capa de partículas en el compartimiento corriente debajo de la primera capa, la segunda capa de partículas teniendo un segundo diámetro efectivo mayor que el primer diámetro efectivo y mayor que la dimensión más pequeña de las aberturas.
26. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 25, que comprende además una tercera capa de partículas dispuesta corriente arriba de la primera capa de partículas.
27. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 26, en donde la tercera capa incluye partículas que tiene aproximadamente el mismo diámetro efectivo que las partículas de la segunda capa.
28. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 25, en donde la segunda capa incluye resina de intercambio iónico.
29. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 25, en donde la primera capa incluye una resina de intercambio iónico.
30. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 25, en donde la tercera capa incluye resina de intercambio iónico.
31. Un sistema de electrodesionización que incluye: una fuente de agua que va a ser tratada; un módulo de tratamiento que incluye un compartimiento de agotamiento y un compartimiento concentrador, el módulo de tratamiento conectado en forma fluida a la fuente de agua que va a ser tratada; un módulo electrolítico que incluye un compartimiento para generación de ácido, el módulo electrolítico conectado en forma fluida corriente arriba del compartimiento concentrador; y una fuente de una solución de salmuera conectada en forma fluida a una entrada del compartimiento para generación de ácido del módulo electrolítico.
32. El sistema de electrodesionizacion de la reivindicación 31, en donde una salida del compartimiento de agotamiento está conectado en forma fluida a la entrada del compartimiento para generación de ácido.
33. El sistema de electrodesionizacion de la reivindicación 32, en donde el módulo electrolítico comprende además un compartimiento para generación de base en comunicación iónica con el compartimiento para generación de ácido.
34. El sistema de electrodesionizacion de la reivindicación 33, en donde una salida del compartimiento concentrador está conectado en forma fluido a una salida del compartimiento para generación de base.
35. Un aparato de electrodesionizacion que incluye un compartimiento que contiene una mezcla de resinas de intercambio aniónico y de resinas de intercambio catiónico, teniendo las resinas de intercambio aniónico un diámetro promedio al menos 1.3 veces más grande que un diámetro promedio de las resinas de intercambio catiónico.
36. Un aparato de electrodesionizacion que incluye un compartimiento que contiene una mezcla de resinas de intercambio aniónico y de resinas de intercambio catiónico, teniendo las resinas de intercambio catiónico un diámetro promedio al menos 1.3 veces más grande que un diámetro promedio de las resinas de intercambio aniónico.
37. Un sistema de tratamiento de agua que comprende: una fuente de agua que va a ser tratada; un dispositivo de electrodesionización que comprende una pluralidad de compartimientos concentradores y de agotamiento y conectados en forma fluida a la fuente de agua que va a ser tratada; un enfriador en comunicación térmica con el agua que va a ser introducida al menos dentro de un compartimiento concentrador del dispositivo de electrodesionización; un sensor dispuesto para proporcionar una representación de una temperatura de al menos un agua que va a ser introducida dentro del compartimiento concentrador y agua que sale del compartimiento concentrador; y un controlador configurado para recibir la representación de la temperatura y generar una señal que promueve el enfriamiento del agua que va a ser introducida dentro del compartimiento concentrador.
38. El sistema de tratamiento de agua de la reivindicación 37, en donde el controlador está configurado para regular la temperatura del agua que va a ser introducida dentro del compartimiento concentrador hasta una temperatura objetivo.
39. El sistema de tratamiento de agua de la reivindicación 38, en donde el controlador está configurador para calcular un valor efectivo del índice de Saturación de Langelier (LSI) de al menos el agua introducida dentro del compartimiento concentrador y el agua que sale del compartimiento concentrador, y derivar la temperatura objetivo con base al menos parcialmente en el valor calculado del LSI.
40. Un aparato de electrodesionización que comprende: un compartimiento de agotamiento al menos parcialmente definido por una membrana selectica para cationes y una membrana selectiva para aniones; y un compartimiento concentrador al menos parcialmente definido por la membrana selectiva para aniones y que contiene una primera capa de medios de intercambio aniónico y una segunda capa de medio dispuesto corriente debajo de la primera capa, la segunda capa incluyendo medios de intercambio aniónico y medios de intercambio catiónico, en donde la segunda capa contiene una primera zona que incluye medios de intercambio catiónico que está sustancialmente separada de la membrana selectiva para aniones por medio de una segunda zona que incluye medios de intercambio aniónico.
41. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 40, en donde la segunda capa incluye una primera zona que incluye un medios de intercambio catiónico que está sustancialmente separado de la membrana selectiva para aniones por medio de una segunda zona que incluye un medios de intercambio aniónico.
42. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 40, en donde la segunda capa está dispuesta corriente debajo de la primera capa.
43. Un método de tratamiento de agua en un dispositivo de electrodesionización que tienen un compartimiento de agotamiento y un compartimiento concentrador, que comprende : medir una temperatura de una corriente en el compartimiento concentrador, una temperatura de una corriente que va a ser introducida dentro del compartimiento concentrador, y una temperatura de una corriente que sale del compartimiento concentrador; reducir la temperatura del agua que va a ser introducida dentro del compartimiento concentrador hasta una temperatura predeterminada; introducir el agua que va a ser tratada dentro del compartimiento de agotamiento; y remover al menos una porción de al menos una especie indeseable del agua que va a ser tratada en el dispositivo de electrodesionización.
44. El método de la reivindicación 43, que comprende además mantener la temperatura de la corriente que va a ser introducida dentro del compartimiento concentrador en un valor objetivo.
45. El método de la reivindicación 44, que comprende además determinar un valor del índice de Saturación de Langelier (LSI) de al menos una de las corrientes que va a ser introducida dentro del compartimiento concentrador y de la corriente que sale del compartimiento concentrador, y determinar el valor objetivo con base al menos parcialmente en el valor del LSI.
46. Un método de tratamiento de agua en un dispositivo de electrodesionización, que comprende: introducir agua que tiene una especie aniónica y catiónica dentro de un compartimiento de agotamiento del dispositivo de electrodesionización; promover el transporte de al menos una porción de la especie catiónica dentro de una primera celda de barrera dispuesta entre el compartimiento de agotamiento y un compartimiento para el cátodo del dispositivo de electrodesionización, teniendo la primera celda de barrera medios de intercambio iónico allí dentro y está al menos parcialmente definida por medio de una membrana selectiva para aniones, y promover el transporte de al menos una porción de la especie aniónica dentro de una segunda celda de barrera dispuesta entre el compartimiento de agotamiento y un compartimiento para el ánodo del dispositivo de electrodesionización .
47. El método de la reivindicación 46, en donde la promoción del transporte de al menos una porción de la especie catiónica comprende inhibir el transporte de la especie catiónica de la primera celda de barrera dentro del compartimiento del cátodo.
48. El método de la reivindicación 47, en donde la promoción del transporte de al menos una porción de la especie aniónica comprende la inhibición del transporte de la especie aniónica de la segunda celda de barrera dentro del compartimiento del ánodo.
49. El método de la reivindicación 48, que comprende además introducir al menos una porción del agua que sale del compartimiento de agotamiento dentro de al menos el compartimiento para el cátodo y el compartimiento para el ánodo .
50. El método de la reivindicación 46, que comprende además mantener una velocidad de flujo del fluido superior a 2 galones por minuto por pie cuadrado (162.8 litros por minuto por metro cuadrado) a través del compartimiento concentrador .
51. Un método de tratamiento de agua en un dispositivo de electrodesionización que tiene un compartimiento de agotamiento y un compartimiento concentrador, que comprende : introducir agua que va a ser tratada dentro del compartimiento de agotamiento del dispositivo de electrodesionización; promover el transporte de una especie indeseable del compartimiento de agotamiento dentro del compartimiento concentrador del dispositivo de electrodesionización, conteniendo el compartimiento concentrador una primera capa de medios de intercambio aniónico y una segunda capa de medio dispuesta corriente debajo de la primera capa, la segunda capa incluyendo una mezcla de medios de intercambio aniónico y medios de intercambio catiónico, en donde la segunda capa comprende una primera zona que incluye medios de intercambio catiónico que está sustancialmente separado de la membrana selectiva para aniones por medio de una segunda zona que incluye medios de intercambio aniónico.
52. Un método de tratamiento de agua que comprende: introducir agua que va a ser tratada dentro de un compartimiento de agotamiento de un dispositivo de electrodesionización, teniendo el compartimiento de agotamiento al menos una capa de medios de intercambio iónico; y promover el transporte de al menos una porción de especie aniónica del agua introducida dentro del compartimiento de agotamiento de una primera capa de medios de intercambio iónico dentro de un primer compartimiento concentrador para producir un agua que tiene una primera calidad intermedia, el primer compartimiento concentrador definido al menos parcialmente por medio de una membrana selectiva para aniones y una membrana selectiva para cationes, conteniendo el primer compartimiento concentrador al menos parcialmente una primera zona que incluye medios de intercambio catiónico que está sustancialmente separado de la membrana selectiva para aniones por medio de una segunda zona que incluye medios de intercambio aniónico.
53. El método de la reivindicación 52, que comprende además mantener una velocidad de flujo del fluido superior a 2 galones por minuto por pie cuadrado (162.8 litros por minuto por metro cuadrado) a través del primer compartimiento concentrador.
54. Un método de tratamiento de agua en un dispositivo de electrodesionizacion que comprende: introducir agua que va a ser tratada que incluye especies indeseables dentro de un compartimiento de agotamiento del dispositivo de electrodesionizacion; promover el transporte de la especie indeseable desde el compartimiento de agotamiento hasta un compartimiento concentrador del dispositivo de electrodesionización para producir el agua tratada; generar electrolíticamente una solución ácida en el módulo auxiliar; e introducir al menos una porción de la solución ácida dentro del compartimiento concentrador.
55. El método de la reivindicación 54, en donde la generación en forma electrolítica de la solución ácida comprende la introducción de una sal de haluro dentro del módulo auxiliar.
56. El método de la reivindicación 55, que comprende además generar una solución básica en el módulo auxiliar mientras se genera la solución ácida.
57. El método de la reivindicación 56, que comprende además neutralizar una corriente de salida del compartimiento concentrador con la solución básica.
58. El método de la reivindicación 57, que comprende además mezclar una porción del agua tratada con la solución de salmuera e introducir la mezcla dentro del módulo auxiliar .
59. El método de la reivindicación 58, en donde la introducción de la solución ácida dentro del compartimiento concentrador comprende la introducción de una solución ácida que tiene un pH de menos de 4.3 dentro del compartimiento concentrador.
60. El método de la reivindicación 59, que comprende además desgasificar al menos una porción del líquido en el compartimiento concentrador.
61. Un sistema de tratamiento de agua que comprende: una fuente de agua que va a ser tratada; y un dispositivo de electrodesionización que incluye un primer compartimiento de agotamiento y un segundo compartimiento de agotamiento, donde el primero y el segundo compartimientos de agotamiento está conectado en forma fluida a la fuente de agua que va a ser tratada en una configuración de flujo paralelo; un primer compartimiento concentrador en comunicación iónica con el primer compartimiento de agotamiento y un segundo compartimiento concentrador conectado en forma fluida corriente abajo del primer compartimiento concentrador; una celda de barrera en comunicación iónica con el primer compartimiento de agotamiento; un compartimiento para el ánodo; y un compartimiento para el cátodo, en donde la celda de barrera está dispuesta entre el primer compartimiento de agotamiento y al menos uno entre el compartimiento para el ánodo y el compartimiento para el cátodo, y que tiene medios de intercambio iónico contenido allí.
62. El sistema de la reivindicación 61, en donde el dispositivo de electrodesionización comprende además un primer compartimiento para el electrodo conectado en forma fluida corriente arriba del primer compartimiento concentrador .
63. Un aparato de electrodesionización que comprende: una pluralidad de compartimientos de agotamiento configurados para tener líquido fluyendo allí dentro a lo largo de rutas de flujo paralelas; y una pluralidad de compartimientos concentradores en comunicación iónica con al menos un compartimiento de agotamiento, y que incluye una mezcla de resina de intercambio aniónico y de resina de intercambio catiónico, en donde al menos una porción de los compartimientos concentradores están dispuestos en forma serial y en donde las cantidades relativas de la resina de intercambio aniónico y de la resina de intercambio catiónico en la mezcla varían en relación con una longitud de la ruta de flujo di compartimiento concentrador .
64. El aparato de electrodesionización de la reivindicación 63, en donde la pluralidad del compartimiento concentrador define una ruta única de flujo a través del aparato de electrodesionización.