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TWI656095B - 製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法 - Google Patents

製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法 Download PDF

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TWI656095B
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赫伯特 李博
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瑞士商歐米亞國際公司
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Abstract

本發明係關於一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法、用於水礦化及/或穩定化之方法以及藉由該方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液用於水礦化及/或穩定化之用途。

Description

製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法
本發明係關於一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法、用於水礦化及/或穩定化之方法以及藉由該方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液用於水礦化及/或穩定化之用途。
飲用水已變得稀缺。即使在水資源豐富的國家，並非所有水源及水庫均適合於生產飲用水，且現如今諸多水源受到了水質嚴重惡化的威脅。起初，用於飲用目的的給水主要為地表水與地下水。然而對於環境及經濟原因，處理海水、鹽水、半鹼水、廢水及經污染之出水變得愈來愈重要。
已知若干裝置及方法以便自海水或半咸水回收水以供用於飲用水，其對於乾旱區域、沿海區域及海島具有相當大的重要性，且該等裝置及方法通常包含蒸餾、電解以及滲透或反向滲透方法。由該等方法獲得的水極具軟性且由於缺少pH緩衝鹽而具有低pH值，且因此，往往為高反應性的，且除非加以處理，否則在將其分配於習知管道中期間，其可產 生嚴重腐蝕困難。此外，未經處理之脫鹽水不可直接用作飲用水水源。為了防止不合需要的物質溶解於管線系統中，為了避免水之腐蝕作用於諸如管線及閥門且為了得到適口的水，需要增加水的礦物質及鹼性含量。
主要用於對水進行礦化的習知方法及相應裝置為添加石灰且用藉由二氧化碳進行部分碳酸化及石灰石床過濾，亦稱為方解石接觸器進行溶解。其他不太常見的礦化方法包含例如添加水合石灰及碳酸鈉、添加硫酸鈣及碳酸氫鈉或添加氯化鈣及碳酸氫鈉。
石灰製程涉及用CO2酸化水處理石灰溶液，其中涉及以下反應：
如可自以上反應流程收集，需要2當量之CO2將1當量之Ca(OH)2轉化成Ca2+及碳酸氫用於礦化。此方法依賴於兩當量之CO2之添加，以便將鹼性氫氧離子轉化成緩衝物HCO3 -。對於水之礦化而言，以總重量計，0.1至0.2wt%飽和氫氧化鈣溶液(通常命名為石灰水)由石灰乳(通常至多5wt%)製備。因此，必須使用飽和器來製造石灰水且需要大量石灰水以達成礦物質及鹼性含量之目標量。此方法之另一缺陷在於水合石灰為腐蝕性的且需要適當處理及特定設備。此外，由於石灰缺乏緩衝特性，向軟水添加水合石灰控制不佳的話可導致不希望之pH變化。
石灰石床過濾製程包含使軟水通過顆粒狀石灰石之床的步驟，該步驟使碳酸鈣溶解於水流中。根據以下使石灰石與CO2酸化水接觸以使水礦化：
不同於石灰製程，經化學計量僅需要1當量CO2將1當量CaCO3轉化成Ca2+及碳酸氫鹽用於礦化及鹼性增加。此外，石灰石並非腐蝕性的且由於CaCO3之緩衝特性，大的pH變化得到阻止。然而，隨著pH增加，反應減緩，為了確保足夠CaCO3得到溶解，必須投加額外CO2。隨後未反應之CO2經由汽提或用氫氧化鈉中和而移除。
使用石灰乳或石灰漿料使水礦化之方法及系統描述於US 7,374,694及EP 0 520 826中。US 5,914,046描述使用脈衝式石灰石床降低排出物中之酸性的方法。
US 7,771,599描述在脫鹽系統中使製程水礦化之方法。該方法經由氣體轉移膜使二氧化碳氣體與海水或脫鹽製程之濃縮液(鹽水)隔絕。經隔離之二氧化碳氣體其後用於生產可溶性碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2)。WO 2012/020056 A1係針對一種使水礦化之製程，該製程包含提給水及向該給水中注入氣態二氧化碳及漿料之步驟，其中該漿料包含微米尺寸化之碳酸鈣。WO 2010/023742 A2描述用於藉由後加工(後處理)經由蒸餾或逆滲透脫鹽海水所獲得之脫鹽水生產飲用水之方法及設備。該方法包括向脫鹽水過度供應二氧化碳以吸收二氧化碳之二氧化碳吸收製程、使二氧化碳所吸附之脫鹽水穿過石灰石過濾器(其中填充石灰石以形成鈣離子及碳酸氫離子)之再礦化製程及向通過再礦化製程之脫鹽水供應空氣以排出二氧化碳及空氣從而獲得飲用水之二氧化碳排出製程。WO 2012/113957 A1係關於一種用於再礦化流體之方法，其中控制最終濁度。該方法包括包含試劑投配、再礦化及過濾之步驟。EP 2565165 A1係關於一種使水礦化之製程，該製程包含以下步驟：提給水；提供碳酸鈣水性溶液，其中碳酸鈣水性溶液 包含經溶解之碳酸鈣及其反應種屬；且使給水與碳酸鈣水性溶液合併。EP 2623466 A1係關於一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液之製程及其用途。該製程可在包含配備有攪拌棒的槽、至少一個過濾裝置及研磨裝置之反應器系統中進行。EP 2623467 A1係關於一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液之製程及其用途。該製程在包含配備有攪拌棒之槽及至少一個過濾裝置的反應器系統中進行。EP 2623564 A1係關於一種用於純化礦物質、顏料及/或填料及/或製備沈澱鹼土金屬碳酸鹽及/或使水礦化之裝置，且關於此類裝置用於純化礦物質、顏料及/或填料及/或使水礦化及/或製備沈澱鹼土金屬碳酸鹽之用途。WO 2013/132399 A1係關於藉由在快速製程中將呈粉末形式之碳酸鹽混合至水中，在水中產生CO2但增加其濁度而進行的水礦化。隨後經由含有顆粒狀碳酸鹽之反應器遞送處理後的水，其中水中之CO2在緩慢製程中溶解額外碳酸鹽。同時反應器用以向水中添加其他礦物質以及鹼性，且藉由溶解殘餘粉末且過濾不可溶顆粒而自當水中消除濁度。CN 102826689 A1係關於一種去鹽海水之處理後製程，該製程包含以下步驟：(1)向去鹽海水中添加CO2且充分混合；及(2)在礦化池中對已添加有CO2之去鹽海水進行礦化；在礦化池中配置碳酸鈣濾床；且使含有所添加之CO2的去鹽海水通過碳酸鈣濾床以與碳酸鈣充分接觸且反應。WO 2013/014026 A1係關於一種用於處理水之製程及碳酸鈣在此類製程中之用途。詳言之，其係關於一種用於使水再礦化之製程，該製程包含以下步驟：(a)提供二氧化碳濃度為至少20mg/l、較佳在25至100mg/l範圍內、且更佳在30至60mg/l範圍內之給水，(b)提供包含微粉化碳酸鈣之含水漿料，及(c)合併步驟(a)之給水與步驟(b)之含水漿 料以獲得再礦化水。WO 2014/187666 A1係關於一種用於製備碳酸氫鈣溶液之多分批系統及此類多分批系統用於製備碳酸氫鈣溶液之用途。WO 2014/187613 A1係關於一種用於製備碳酸氫鈣溶液之裝置及此類裝置用於連續製備碳酸氫鈣溶液之用途以及此類裝置用於使水再礦化之用途。
US 2009/0101573 A1係關於一種廢水處理設備及方法、接收經生物學處理之水的礦物質混合槽、來自沈降槽的由生物處理產生之淤泥及含有鈣等之礦物質淤泥。礦物質泵使來自礦物質混合槽之淤泥及經處理之水返回至原水槽。氣升泵在具有半厭氧區之再曝氣槽(reaeration tank)與去氮槽之間循環水處理。在再曝氣槽與去氮槽之間循環水處理期間，半厭氧區緩解微生物環境之變化且由此實現促進微生物繁殖所需之環境。即使當微生物經培養而達至其高濃度時，氣升泵仍准許以低能量消耗攪動。WO 2006/128730 A1描述一種製程，其用於在逆滲透(reverse osmosis；RO)系統中在給定製程條件下處理給定組成物之水性介質之進料流，該組成物包含經溶解的可能存在之水垢形成組分，提供滲透物流及包含可能存在之水垢形成組分的保留物(濃縮物)流，該等組分之濃度足夠高使得在不存在水垢抑制劑的情況下，在與該保留物接觸的RO系統之彼等部分中形成水垢，其中製程(a)連續監測保留物以偵測在該保留物中存在可能存在之水垢形成組分的顆粒，且持續記錄與該等顆粒之存在相關的保留物之一或多個物理參數的讀數；(b)將該記錄讀數與在相同製程條件下由同一組成物之水性介質獲得的保留物之該一或多個參數的量測值(該等值已憑經驗加以預定)進行連續比較；及(c)當一或多種參數之記錄讀數與該等預定量測值不同時，將一定量之水垢抑制劑添加至膜上游之RO系統中，該水垢抑 制劑之量已憑經驗預定以防止在該等條件下形成水垢。WO 98/46533 A1係關於一種純化水以移除天然有機物、顏料、渾濁物、細菌、胞囊及卵囊、病毒、砷化合物及不可溶雜質中之至少一者的系統。該系統包含以下步驟：提供待純化之水體；將水體之pH控制在5至8範圍內；且將促凝劑添加至水體中以提供絮凝物。出於吸附天然有機物、顏色、渾濁及細菌中之至少一者以提供經處理之水的目的，水體中的絮凝物之濃度維持在1至6範圍內。其後，自水體移除經處理之水之第一部分及絮凝物。US 6,027,649 A係關於純化水以移除天然有機物、顏色、渾濁、細菌、胞囊及卵囊、病毒、砷化合物及不可溶雜質中之至少一者的系統。該系統包含以下步驟：提供待純化之水體；將水體之pH控制在5至8範圍內；且將促凝劑添加至水體中以提供絮凝物。出於吸附天然有機物、顏色、渾濁及細菌中之至少一者以提供經處理之水的目的，水體中的絮凝物之濃度維持在1至6範圍內。其後，自水體移除經處理之水之第一部分及絮凝物。將浸沒半透膜提供於水體中以移除經處理之水之第二部分。膜之孔徑在0.02至1μm範圍內以提供由純化水組成之滲透物且提供含有絮凝物之保留物。藉由混合手段處理水體以使膜積垢降至最低且提供絮凝物在水體中的充分混合。US 2010/0224541 A1描述一種可均勻地且均一地產生細微氣泡的細微氣泡擴散試管，即使當擴散試管長度較長時，仍產生使用此類試管之細微氣泡擴散裝置及浸沒膜分離設備。US 2013/0064741 A1係關於一種用於固定二氧化碳之系統。該系統包含用於自渣提取鹼金屬組分的第一反應器及用於經二氧化碳碳酸化所提取之鹼金屬組分的第二反應器。經由此系統，二氧化碳可以較為簡單且有成本效益的方式得到固定。
然而，所述製程的不足之處在於水的礦化並且尤其用於水礦化的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的製備顯示可改良的CO2效率及/或過度能量消耗。
鑒於前文，改善水之礦化仍為熟練技術人員所關注。尤其理想地是提供用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的替代或改良方法，該水性溶液可以更高效、經濟及生態方式製備，尤其使能夠提高該方法之CO2消耗的效率，且該方法及相應設施無過度能量消耗。
因此，本發明之目標在於提供一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液之方法。另一目標亦可為提供一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法，其提高該方法之CO2消耗的效率。另一目標為提供一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液之方法，其使該方法及相應設施之總能量消耗能夠降低。另一目標為提供一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法，其中淤泥產量與現有技術的典型石灰石系統相比降低。
一或多種前述及其他問題係藉由如本文在獨立申請專利範圍中所定義之標的物來解決。本發明之有利具體實例定義於對應申請專利範圍附屬項中。
本發明之第一態樣係關於一種用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液之方法。該方法包含以下步驟：a)提供水；b)提供包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽的材料； c)提供CO2或pKa值<5的酸；d)以任何順序組合步驟a)的該水與步驟b)的該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽的材料及步驟c)的CO2或酸，以獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽的水性懸浮液S1；e)藉由使步驟d)中獲得之該水性懸浮液S1穿過至少一個浸沒膜模組，過濾該水性懸浮液S1的至少一部分，以獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2，其中該至少一個浸沒膜模組位於容器中。
根據本發明之另一態樣，提供一種水礦化及/或穩定化之方法，該方法包含以下步驟：i)提供待礦化之水，ii)提供藉由如本文所定義之方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液，iii)組合步驟(i)之待礦化水與步驟(ii)之該包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽的水性溶液，獲得礦化水。
根據本發明用於水礦化之方法之一個具體實例，該方法包含向步驟(iii)之礦化水添加鹼，較佳氫氧化鈉或氫氧化鈣之另一步驟(iv)。
根據本發明的另一態樣，提供藉由如本文所述之方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的用途，其用於水礦化及/或穩定化或作為礦化水。根據本發明用途之一個具體實例，水為脫鹽水或天然軟水。
根據本發明方法之一個具體實例，步驟d)包含步驟i1)組合步驟a)之水與步驟c)之CO2或酸，及i2)組合i1)之混合物與步驟b)之包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料；或ii1)組合步驟a)之水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，以及ii2)組合ii1)之混合物與步驟c)之CO2或酸。
根據本發明方法之另一具體實例，方法步驟d)及e)在同一容器中進行，較佳在反應器槽中進行。
根據本發明方法之另一具體實例，該至少一個浸沒膜模組的孔徑較佳<1μm，且更佳<0.1μm。
根據本發明方法之一個具體實例，空氣或製程流體在至少一個浸沒膜之至少一部分表面上再循環，較佳自至少一個浸沒膜模組及/或容器的底部向頂部方向再循環，更佳向空氣或製程流體添加步驟c)之CO2或酸。
根據本發明方法之另一具體實例，該容器密封且該容器之頂部的空氣用作饋料且在該容器之底部再引入。
根據本發明方法之另一具體實例，該方法包含用水反洗至少一個浸沒膜模組的另一步驟f)，視情況向水中添加CO2或pKa值<5的酸。
根據本發明方法之一個具體實例，步驟b)之包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽的材料選自由以下組成之群：沈澱碳酸鈣、改質碳酸鈣、經研磨碳酸鈣以及其混合物，較佳步驟b)中之包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽的材料為經研磨碳酸鈣。
根據本發明方法之另一具體實例，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料為選自由以下組成之群的經研磨碳酸鈣：大理石、石灰石、白堊以及其混合物。
根據本發明方法之另一具體實例，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料以乾燥形式或水性懸浮液形式提供；及/或步驟d)中獲得之至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含碳酸氫鈣且較佳由碳酸氫鈣組成。
根據本發明方法之一個具體實例，步驟c)中提供之酸的pKa 值<4及/或酸選自由以下組成之群：硫酸、鹽酸、硝酸或檸檬酸及/或其混合物。
根據本發明方法之另一具體實例，步驟e)中獲得之包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的鹼土金屬碳酸氫鹽形式之鹼土金屬濃度在20至1000mg/l且更佳50至600mg/l且最佳80至400mg/l範圍內；及/或pH值在6.1至8.9範圍內且較佳在6.5至8.5範圍內。
應理解，出於本發明之目的，以下術語具有以下含義。
術語「包含鹼土金屬碳酸鹽之材料」可以係指按包含鹼土金屬碳酸鹽之材料的總乾重計，包含至少50.0wt%鹼土金屬碳酸鹽的材料。
在本發明之含義中，「包含碳酸鈣之材料」係指為碳酸鈣來源且較佳選自經研磨碳酸鈣、沈澱碳酸鈣、表面反應碳酸鈣、白雲石及其混合物之材料。
如本發明所用之術語「礦化」係指使完全不含礦物質或鹼度或礦物質或鹼度量不足之水中的必需礦物質離子及鹼度增加，使得水宜飲用。可藉由僅向待處理的水至少添加特定鹼土金屬碳酸鹽(諸如碳酸鈣)作為原料來實現礦化。視情況而言，例如對於確保適當攝入一些必需礦物質及微量元素的健康相關益處，其他物質(諸如鎂鹽)可混合至鹼土金屬碳酸鹽(諸如碳酸鈣)中或與鹼土金屬碳酸鹽(諸如碳酸鈣)混合，且接著在礦化方法期間添加至水中。根據關於人類健康狀況及飲用水品質的國家指導原則，礦化產物可包含選自包含以下之群的額外礦物質：硫酸鉀或硫酸鈉、硫酸鎂、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉或含有必需微量元素的其他礦物質以及其混合物。較佳地，礦化產物包含選自包含以下之群的額外礦物質： 硫酸鎂、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉以及其混合物。
如本發明所用之術語「穩定化」係指提高礦物質含量及鹼度，中和或移除剩餘「侵蝕性」二氧化碳及/或提高pH，從而達到穩定且平衡的最終水品質。穩定化較佳藉由汽提侵蝕性二氧化碳，向藉由本發明設施獲得之礦化水中添加鹼或兩者之組合實現。
在本發明之含義中表述「CO2效率」係指隨著自步驟(a)中提供之給水至步驟(e)中產生的水性溶液S2，鹼土金屬碳酸鹽之增加，製程中之CO2(步驟(a)中最初提供之給水內與步驟(c)中提供之額外CO2)(按mmol/l計)比轉化成鹼土金屬碳酸氫鹽之鹼土金屬碳酸鹽(步驟(b)中提供)的量(按mmol/l計)的比率。
在本發明之含義中，表述「酸化」或「酸」係指布忍斯特-洛瑞理論(Brønsted-Lowry theory)，且因此係指H3O+離子提供者。此外，酸之pH值可>7，諸如在>7至7.5範圍內，只要適合之相應鹼可用於接受如由該酸所供給之H3O+離子即可。
出於本申請案之目的，「pKa值(pKa-value)」表示與給定酸中之給定的可電離氫相關聯之酸解離常數，且指示在給定溫度下在平衡下在水中此氫自此酸之自然解離程度。此類pKa值可發現於諸如Harris,D.C.「Quantitative Chemical Analysis：第3版」，1991,W.H.Freeman & Co.(USA),ISBN 0-7167-2170-8之參考教材中。可根據熟習此項技術者所熟知的先前技術之方法測定pKa值。酸之pKa值視溫度而定，除非另外明確說明，否則根據本發明之pKa值參照25℃之溫度。
當術語「包含」用於本發明說明書及申請專利範圍時，其不 排除其他要素。出於本發明之目，認為術語「由……組成(consisting of)」為術語「由……構成(comprising of)」之較佳具體實例。若在下文中將群組限定為包含至少某一數目之具體實例，則此亦理解為揭示較佳僅由此等具體實例組成之群組。
除非另外明確規定，否則當參考單數名詞使用不定冠詞或定冠詞，例如「一(a/an)」或「該(the)」時，此包括該名詞之複數。
如「可獲得」或「可定義」及「獲得」或「定義」之術語可互換使用。此例如意謂除非上下文明確規定，否則術語「獲得」不意謂指示例如必須藉由例如術語「獲得」之後之步驟順序獲得之具體實例，雖然術語「獲得」或「定義」始終包括該受限理解作為較佳具體實例。
下文中，將更詳細描述本發明用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液之方法的細節及較佳具體實例。應理解，只要適用，此等技術細節及具體實例亦適用於本發明之用於水礦化及/或穩定化之方法。
本發明之方法用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液。特定言之，本發明之方法用於製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液，該溶液適於水礦化及/或穩定化。
術語「水性」溶液係指水性溶劑包含水，較佳由水組成之系統。然而，該術語不排除水性溶液包含少量至少一種選自包含以下之群的水可混溶性有機溶劑：甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、四氫呋喃及其混合物。較佳地，按水性溶劑之總重量計，水性溶劑包含至少80.0wt%，較佳至少90.0wt%，更佳至少95.0wt%，甚至更佳至少99.0wt%之量的水。舉例而言， 水性溶劑由水組成。
在本發明之含義中，術語水性「溶液」係指包含水性溶劑及鹼土金屬碳酸鹽及/或鹼土金屬碳酸氫鹽粒子的系統，其中該等鹼土金屬碳酸鹽及/或鹼土金屬碳酸氫鹽粒子溶解於水性溶劑中。在本發明之含義中，術語「溶解(dissolved)」係指在水性溶劑中觀察不到分散的固體粒子之系統。
在本發明之含義中，術語「至少一種」鹼土金屬碳酸氫鹽意謂鹼土金屬碳酸氫鹽包含一或多種鹼土金屬碳酸氫鹽，較佳由一或多種鹼土金屬碳酸氫鹽組成。
在本發明之一個具體實例中，至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含一種鹼土金屬碳酸氫鹽，較佳由鹼土金屬碳酸氫鹽組成。或者，至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含兩種或更多種鹼土金屬碳酸氫鹽，較佳由兩種或更多種鹼土金屬碳酸氫鹽組成。舉例而言，至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含兩種鹼土金屬碳酸氫鹽，較佳由兩種鹼土金屬碳酸氫鹽組成。
較佳地，至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含一種鹼土金屬碳酸氫鹽，更佳由一種鹼土金屬碳酸氫鹽組成。
在本發明之一個具體實例中，至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽選自由以下組成之群：碳酸氫鈣、碳酸氫鎂以及其混合物。較佳地，至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含碳酸氫鈣，更佳由碳酸氫鈣組成。
步驟a)：提供水
根據本發明方法之步驟a)，提供水。
步驟a)中提供的水可源自多種來源且可選自蒸餾水、自來 水、工業水、脫鹽水(諸如脫鹽海水)、微咸水、經處理廢水、經反滲透處理之水或天然軟水(諸如地下水、地表水或降雨)。其亦可含有介於10與2000mg/l之間的NaCl。較佳地，步驟a)中提供之水為脫鹽水，例如自脫鹽方法獲得之滲透物或餾出物。
在本發明方法之一個具體實例中，步驟a)中提供的水為待礦化之水。亦即，步驟a)中提供的水為根本不含礦物質或鹼度或含有之礦物質或鹼度的量不足的水。
步驟a)中提供的水可經預處理。例如在水源自地表水、地下水或降雨之情況下，預處理可為必需的。舉例而言，為了實現飲用水指導原則，需要經由使用化學或物理技術對水加以處理以移除諸如有機物之污染物及不合需要之礦物質。舉例而言，臭氧化可用作第一預處理步驟，隨後進行凝結、絮凝或傾析作為第二處理步驟。舉例而言，可使用諸如FeClSO4或FeCl3之鐵(III)鹽或諸如AlCl3、Al2(SO4)3或聚鋁之鋁鹽作為絮凝劑。絮凝物質可例如藉助於砂濾器或多層過濾器自水移除。可用於預處理水之其他水純化製程描述於例如EP 1 975 310、EP 1 982 759、EP 1 974 807或EP 1 974 806中。
若步驟a)中提供海水或半咸水，則首先藉由外海入口或地表下入口(諸如井)將海水或半鹹水泵取出海，且隨後對其進行物理預處理，諸如篩選、沈降或砂移除方法。視要求的水質而定，為了減少膜上之可能性積垢，可能需要諸如凝聚及絮凝之其他處理步驟。經預處理之海水或半咸水可隨後例如使用多級閃蒸、多效蒸餾或諸如奈米過濾或逆滲透之膜過濾進行蒸餾以移除剩餘顆粒及溶解的物質。
應注意步驟a)中提供之水較佳提供於主要處理流(17)及至少一個支流(15)中。
亦即，步驟a)中提供的一部分水形成主要處理流(17)且水之剩餘部分變成至少一個支流(15)。因此，主要處理流(17)及至少一個支流(15)彼此連接，較佳在於至少一個支流(15)藉由其入口及出口連接至主要處理流(17)。
在一個具體實例中，至少一個支流(15)可包含支流的主要分流(15a)及支流的一或多個側分流(15b)。
舉例而言，至少一個支流(15)可分支成支流之側分流(15b)，其提供水用於製備水性懸浮液S1；及支流之主要分流(15a)，其提供水用於稀釋支流之側分流(15b)中製備的水性懸浮液S1。換言之，支流之側分流(15b)提供水用於水性懸浮液S1，而支流之主要分流(15a)直接在容器，較佳反應器槽(1)中提供水。
術語「至少一個」支流意謂本發明方法中可提供一或多個處理支流。
在本發明之一個具體實例中，該方法包含主要處理流(17)及一個支流(15)，較佳由主要處理流(17)及一個支流(15)組成。或者，該方法包含主要處理流(17)及兩個或更多個支流(15a)、(15b)等或由其組成。較佳地，該方法包含主要處理流(17)及一個支流(15)或由其組成。
或者，步驟a)中提供的水僅提供於主要處理流(17)中。亦即，此方法不包含至少一個支流。因此，在一個具體實例中，該方法包含主要處理流(17)，較佳由其組成。
在一個具體實例中，主要處理流(17)可包含主要處理流之主要分流(17a)及主要處理流之一或多個側分流(17b)。舉例而言，至少一個主要處理流(17)可分支成主要處理流之側分流(17b)，其提供水用於製備水性懸浮液S1；及主要處理流之主要分流(17a)，其提供水用於稀釋主要處理流之側分流(17b)中製備的水性懸浮液S1。換言之，主要處理流之側分流(17b)提供水用於水性懸浮液S1，而主要處理流之主要分流(17a)直接在容器，較佳反應器槽(1)中提供水。
應注意，若主要處理流之主要分流(17a)及一或多個側分流在將水性懸浮液S1引導至容器，較佳反應器槽(1)之前合併在一起，則側分流認為是主要處理流之側分流(17b)。亦即，水性懸浮液S1在主要處理流之側分流(17b)中製備，接著引導至主要處理流之主要分流(17a)，例如用於稀釋水性懸浮液S1，接著經稀釋之水性懸浮液S1經主要處理流之主要分流(17a)引導至容器中，較佳反應器槽(1)中。
若一或多個支流(15)及主要處理流(17)在自容器，較佳反應器槽(1)釋放包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2之後合併在一起，則支流(15)認為是支流(15)。
步驟b)：提供用於包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料
根據本發明方法之步驟b)，提供包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽的材料。
在本發明之含義中，術語包含「至少一種」鹼土金屬碳酸鹽之材料意謂包含鹼土金屬碳酸鹽之材料包括包含一或多種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳由其組成。
在本發明之一個具體實例中，包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料包括包含一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳由其組成。或者，包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料包括包含兩種或更多種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳由其組成。舉例而言，包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料包括包含兩種或三種鹼土金屬碳酸鹽之材料，更佳包含兩種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳由其組成。
較佳地，包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料包括包含一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，更佳由其組成。
舉例而言，包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料包含一種包含碳酸鈣之材料，更佳由其組成。
根據本發明方法之一個具體實例，步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料選自由以下組成之群：沈澱碳酸鈣、經修飾的碳酸鈣、經研磨碳酸鈣以及其混合物。
較佳地，步驟b)中包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料，為經研磨碳酸鈣。
在本發明之含義中，「經研磨碳酸鈣(GCC)」為由包括大理石、白堊或石灰石之天然來源獲得之碳酸鈣，且經由諸如研磨、篩分及/或分裂(藉由濕式及/或乾式，例如藉由旋風器)之處理加以處理。
在本發明之含義中，「沈澱碳酸鈣(PCC)」為合成材料，其一般藉由在二氧化碳與石灰石在水性環境中反應之後沈澱或藉由鈣及碳酸根來源沈澱於水中或藉由鈣及碳酸根離子(例如CaCl2及Na2CO3)沈澱出溶液獲得。沈澱碳酸鈣以三種主要結晶形式存在：方解石、文石及六方方解 石，且此等結晶形式中之每一者存在許多不同多晶型物(晶體慣態)。方解石具有三方結構，其典型晶體慣態為諸如偏三角面體(S-PCC)、菱面體(R-PCC)、六方稜柱形、軸面、膠狀(C-PCC)、立方體及稜柱形(P-PCC)。文石為斜方晶結構，其典型晶體慣態為雙晶六方稜柱形晶體，以及不同類別之細長稜柱形、彎曲葉片狀、陡錐狀、鏨子狀晶體，分枝樹狀及珊瑚或蠕蟲樣形式。
在本發明之含義中，「經修飾的碳酸鈣」為表面反應之天然碳酸鈣，其藉由以下製程獲得：其中使天然碳酸鈣與一或多種在25℃下pKa為2.5或更小之H3O+離子供體，且與原位形成及/或來自外部供應源之氣態CO2反應，且反應視情況在至少一種矽酸鋁及/或至少一種合成二氧化矽及/或至少一種矽酸鈣及/或至少一種矽酸鹽之單價鹽(諸如矽酸鈉及/或矽酸鉀及/或矽酸鋰)及/或至少一種氫氧化鋁及/或至少一種矽酸鈉及/或矽酸鉀存在下進行。關於表面反應之天然碳酸鈣的製備之其他細節揭示於WO 00/39222、WO 2004/083316及US 2004/0020410 A1中，此等參考案之內容特此包括於本發明專利申請案中。
包含鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料較佳為經研磨碳酸鈣(GCC)。
舉例而言，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料選自包含以下之群：大理石、石灰石、白堊、半燒石灰、燒石灰、白雲質石灰石、鈣質白雲石、半燒白雲石、燒白雲石及沈澱鹼土金屬碳酸鹽，諸如沈澱碳酸鈣，例如具有方解石、文石及/或六方方解石礦物質晶體結構之沈澱碳酸鈣，例如來自藉由添加Ca(OH)2之水去 硬化的沈澱碳酸鈣。使用大理石、石灰石及/或白堊為較佳的，因為其為天然存在之礦物質且藉由使用用此等天然存在之礦物質產生的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽的澄清水性溶液，最終飲用水品質之濁度會得到保證。天然大理石沈積物大多含有酸不可溶性矽酸鹽雜質。然而，就濁度而言，當使用藉由本發明製程製備之產物時，該等酸不可溶性(有時有色)矽酸鹽不會影響最終水質。
因此，較佳為步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料為選自由以下組成之群的經研磨碳酸鈣(GCC)：大理石、石灰石、白堊以及其混合物。
根據本發明之一個具體實例，以至少一種包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的總乾重計，包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料包含40.0wt%、較佳90.0wt%、更佳95.0wt%且最佳97.0wt%之量的由鹼土金屬碳酸鹽組成之粒子，較佳由其組成。
舉例而言，以至少一種包含至少一種碳酸鈣之材料的總乾重計，至少一種包含碳酸鈣之材料包含40.0wt%、較佳90.0wt%、更佳95.0wt%且最佳97.0wt%之量的由碳酸鈣組成之粒子，較佳由其組成。
進一步較佳地，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料為微粉化的包含鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料。
出於本發明之目的，術語「微粉化(micronized)」係指微米範圍內之粒徑，例如0.1至50.0μm之粒徑。微粉化粒子可藉由基於摩擦及/或衝擊之技術，例如在濕式或乾式條件下碾磨或研磨來獲得。然而，亦可藉由任何其他適合方法，例如藉由沈澱、超臨界溶液之快速膨脹、噴霧乾 燥、天然存在之砂粒或泥漿之分級或分餾、水過濾、溶膠-凝膠方法、噴霧反應合成、火焰合成或液體泡沫合成來產生微粉化粒子。
舉例而言，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料，具有0.1至50.0μm，較佳0.2至25.0μm，更佳0.3至10.0μm，且最佳0.5至5.0μm的重量中值粒徑d50。
在整個本發明文檔中，包含鹼土金屬碳酸鹽之材料及其他材料之「粒徑」由其粒徑分佈來描述。
此處，值dx表示直徑，相對於該直徑按重量計x%粒子具有小於dx之直徑。此意謂例如d20值為所有粒子中之20wt%小於彼粒徑的粒徑。d50值因此為重量中值粒徑，亦即所有晶粒中之50wt%大於此粒徑且其餘50wt%小於此粒徑。出於本發明之目的，除非另外指出，否則將粒徑規定為重量中值粒徑d50。d98值為如下粒徑，在該粒徑下所有粒子中之98wt%小於彼粒徑。粒徑藉由使用Micromeritics Instrument公司之SedigraphTM 5100或5120儀器來測定。方法及儀器已為熟習此項技術者所知且常用於測定填料及顏料之粒徑。在0.1wt% Na4P2O7之水性溶液中進行量測。使用高速攪拌器及超聲處理分散樣品。
在本發明之一個具體實例中，藉由使用BET等溫線之氮氣吸附(ISO 9277：2010)量測，步驟b)的包含鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的BET比表面積為0.01至200.0m2/g，且較佳1.0至100.0m2/g。
另外或替代地，按步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的總重量計，步驟b)的包含至少一種鹼土 金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料可包含0.02至50.0wt%、0.03至25.0wt%或0.05至10.0wt%的HCl不可溶內含物。較佳地，按碳酸鈣之總重量計，包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽的材料的HCl不溶性內含物不超過1.0wt%。HCl不溶性內含物可例如為諸如石英、矽酸鹽或雲母之礦物質。
步驟b)中包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料，以乾燥形式或水性形式提供。
若步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料以乾燥形式添加，則包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料可呈粉末形式或顆粒狀形式。
關於包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的術語「乾燥」應理解為相對於該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的重量，材料具有少於0.3wt%之水。根據庫侖卡爾費歇爾量測方法(Coulometric Karl Fischer measurement method)測定水百分比，其中將包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料加熱至220℃，且在庫侖卡爾費歇爾單元中測定以蒸氣形式釋放且使用氮氣流分離(以100ml/min)的水含量。
若步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料以乾燥形式提供，則乾燥的包含鹼土金屬碳酸鹽之材料可投配至漿料改小系統，其接著與步驟d)中的水組合。或者，在步驟d)中組合乾燥的包含鹼土金屬碳酸鹽之材料與水。舉例而言，乾燥的包含鹼土金屬碳酸鹽之材料與水在容器中，較佳反應器槽(1)中組合，或乾燥的包含鹼土金屬碳酸鹽之材料投配到水物料流中。
若步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳 包含碳酸鈣之材料，以水性形式添加，步驟d)中添加之包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料呈水性懸浮液形式，按懸浮液之總重量計，其固體含量在0.01至20.0wt%範圍內，更佳1.0至15.0wt%範圍內且最佳2.0至10.0wt%範圍內。此漿料較佳使用高濃度漿料，不使用固體含量例如介於30.0與60.0wt%之間，諸如約40wt%的任何分散劑或使用包含鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料(呈固體形式，例如粉末或顆粒形式)現場產生。
出於本發明之目的，「懸浮液」或「漿料」係指包含溶劑(亦即水性溶劑)及包含鹼土金屬碳酸鹽之材料及/或鹼土金屬碳酸氫鹽之粒子的系統，其中包含鹼土金屬碳酸鹽之材料及/或鹼土金屬碳酸氫鹽之粒子的至少一部分以不可溶固體形式存在於水性溶劑中。該術語不排除包含鹼土金屬碳酸鹽之材料及/或鹼土金屬碳酸氫鹽粒子的一部分溶解於水性溶劑中。
除了包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料以外，包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液亦可包含其他微粉化礦物質。根據一個具體實例，包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液可包含微粉化碳酸鈣鎂，例如白雲質石灰石、鈣質白雲石或半燃燒白雲石、氧化鎂(諸如燃燒白雲石)、硫酸鎂、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉及/或含有必需微量元素之其他礦物質。
舉例而言，步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料提供於儲槽(13)中，其連接至適於製備包括 包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液的容器(14)中。較佳地，容器(14)與支流(15)連接，或若支流包含側分流，則容器(14)較佳與支流的側分流(15b)連接，使得支流(15)或支流之側分流(15b)中提供之水用於製備包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液。包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液(16)接著較佳轉移至容器，較佳反應器槽(1)，用於進行方法步驟c)。若支流(15)包含側分流，則在支流之側分流(15b)中製備的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液亦可首先引導至支流之主要分流(15a)，且支流之主要分流(15a)中獲得的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的經稀釋懸浮液接著轉移至容器，較佳反應器槽(1)，用於進行方法步驟c)。因此，儲槽(13)及容器(14)可為支流(15)之部分。
在一個具體實例中，包含鹼土金屬碳酸鹽之材料可與水在容器，較佳反應器槽(1)中組合。亦即，步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料可提供於儲槽(13)中，其直接連接至容器，較佳反應器槽(1)。
包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，例如包含碳酸鈣之材料，較佳經投配單元(25)投配至水物料流中或直接投配至槽中。投配單元(25)可為熟練技術人員已知的且通常用於投配包含鹼土金屬碳酸鹽之材料的任何種類之投配單元。
在一替代性具體實例中，步驟b)中的包含至少一種鹼土金 屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料提供於儲槽(13)中，其直接連接於支流(15)，或若支流包含側分流，則儲槽(13)直接連接至支流之側分流(15b)，使得支流(15)或支流之側分流(15b)中提供之水用於製備包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液。在此具體實例中，例如在包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液(16)轉移至容器，較佳反應器槽(1)用於進行方法步驟c)之前，步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料因此直接投配至支流(15)或支流之側分流(15b)中。或者，若支流(15)包含側分流，則支流之側分流(15b)中製備的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液亦可首先引導至支流之主要分流(15a)且支流之主要分流(15a)中獲得的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的經稀釋懸浮液接著轉移至容器，較佳反應器槽(1)中用於進行方法步驟c)。
若該方法由主要處理流(17)組成，即不包含至少一個支流(15)，則步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料，提供於儲槽(13)中，其較佳連接至適於製備包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液的容器(14)。較佳地，容器(14)與主要處理流(17)連接，使得主要處理流(17)中提供之水用於製備包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液。包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液(16)接著較佳轉移至容器，較佳反應器槽(1)，用於進行方法步驟c)。
在一個具體實例中，包含鹼土金屬碳酸鹽之材料可與主要處理流(17)在容器，較佳反應器槽(1)中組合。亦即，步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料可提供於儲槽(13)中，其直接連接至容器，較佳反應器槽(1)。
在一替代性具體實例中，步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料提供於儲槽(13)中，其直接連接於主要處理流(17)，使得主要處理流(17)中提供之水用於製備包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液。在此具體實例中，例如在包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料的懸浮液(16)轉移至容器，較佳反應器槽(1)用於進行方法步驟c)之前，步驟b)中的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，較佳包含碳酸鈣之材料因此直接投配至主要處理流(17)中。
若主要處理流(17)包含一或多個側分流，則包含碳酸鈣之材料可直接投配至主要處理流之側分流(17b)中或容器(14)可與主要處理流之側分流(17b)連接。
步驟c)：提供CO2或酸
根據本發明方法之步驟c)，提供CO2或pKa值<5之酸。
較佳地，在25℃下測得pKa值<5。
所用二氧化碳係選自氣態二氧化碳、液態二氧化碳、固態二氧化碳以及二氧化碳與其他氣體之氣態混合物(諸如含有工業過程(如燃燒過程或煅燒過程或類似過程)排放之廢氣的二氧化碳)，其他氣體諸如含有自工業製程(像燃燒製程或煅燒製程或類似製程)排出之煙道氣的二氧 化碳，或產生化合物之二氧化碳為氣態二氧化碳。較佳地，二氧化碳為氣態二氧化碳。當使用二氧化碳與其他氣體之氣態混合物時，則二氧化碳以氣態混合物之總體積計以90.0vol%至約99.0vol%之範圍，較佳95.0vol%至99.0vol%之範圍存在。舉例而言，以氣態混合物之總體積計，二氧化碳以至少97.0vol%之量存在。
本發明方法中所用之酸較佳為在25℃下pKa值<4之酸。舉例而言，步驟c)之酸選自由以下組成之群：硫酸、鹽酸、硝酸或檸檬酸以及其混合物。在一個具體實例中，酸將選自在25℃下pKa值低於或等於零之酸，且更特定言之選自硫酸、鹽酸或其混合物。或者，酸可為具有酸性pH之鹽，諸如鹼金屬氫鹽，例如NaHSO4及/或KHSO4。
較佳地，步驟c)中提供CO2。
在一個具體實例中，CO2或pKa值<5之酸投配至容器(1)中。較佳地，容器(1)連接至再循環空氣流(5)。舉例而言，再循環空氣流(5)經配置使得空氣流自容器(1)之底部向頂部方向再循環。在一個具體實例中，步驟c)的CO2或pKa值<5之酸注入至再循環空氣流(5)中。亦即，步驟c)的CO2或pKa值<5之酸添加至再循環空氣流(5)的空氣或製程流體中。
步驟d)：組合水與包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料及CO2或酸根據本發明方法之步驟d)，步驟a)之水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料及步驟c)之CO2或酸以任何順序組合。
步驟a)之水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料及步驟c)之CO2或酸根據方法步驟d)組合可以藉由熟習此項技術者 已知的任何習知方式實現。較佳地，組合可在混合及/或均質化條件下進行。熟習此項技術者將根據其製程設備調整此等混合及/或均質化條件(諸如混合速度及溫度)。
舉例而言，可以在容器，較佳反應器槽(1)中進行組合。此類槽為熟習此項技術者所熟知且自多個供應商獲得。
特定言之，以任何順序組合步驟a)的水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽的材料及步驟c)的CO2或酸，以獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽的水性懸浮液S1。
應瞭解，若該方法由主要處理流(17)組成，則步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料可添加至主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)中提供的水中。或者，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料添加至支流(15)或支流之側分流(15b)中提供的水中。因此，若該方法包含支流(15)，則步驟b)包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料較佳添加至支流(15)中提供的水中。若支流(15)包含側分流，則步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料較佳添加至支流之側分流(15b)中提供的水中。若主要處理流(17)包含側分流，則步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料較佳添加至主要處理流之側分流(17b)中提供的水中。
較佳地，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料添加到支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)，使得獲得包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液。
按懸浮液的總重量計，支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中獲得的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液較佳具有0.01至20.0wt%範圍內，更佳1.0至15.0wt%範圍內，且最佳2.0至10.0wt%範圍內的固體含量。
二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)的酸可在控制速率下注入至支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中獲得的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液中，形成二氧化碳氣泡在物料流中之分散液且使氣泡溶解於其中。舉例而言，二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)的酸注入水中，使得根據起始CO2濃度，水中二氧化碳之濃度為10至1500mg/l且較佳50至500mg/l，以達到最終目標pH值(過量CO2)及最終目標鈣濃度(添加CaCO3)。
根據本發明方法之一個具體實例，方法步驟d)因此包含以下步驟：ii1)組合步驟a)之水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，及ii2)組合ii1)之混合物與步驟c)之CO2或酸。
在此具體實例中，支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中獲得的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液較佳轉移(16)至容器，更佳反應器槽(1)， 可以向其中注入二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)的酸。更佳地，步驟c)的CO2或pKa值<5的酸經再循環空氣流(5)注入至容器(1)中。因此，步驟c)的CO2或pKa值<5之酸較佳添加至再循環空氣流(5)的空氣或製程流體中。
或者，二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)的酸添加至支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中，使得pH值調整2.5至7.5範圍內。較佳地，pH值調整至3.0至7.0範圍內且較佳地調整至4.0至5.0範圍內。
向支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中提供的水中添加二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)的酸，因此產生酸化之水。
二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)之酸可在控制速率下注入至支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中提供的水中，形成二氧化碳氣泡於物料流中之分散液且使氣泡溶解於其中。舉例而言，二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)的酸注入水中，使得根據起始CO2濃度，水中二氧化碳之濃度為10至1500mg/l且較佳50至500mg/l，以達到最終目標pH值(過量CO2)及最終目標鈣濃度(添加CaCO3)。
注入至支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流 的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中提供的水中的二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)之酸的量將取決於支流(15)或支流之側分流(15b)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)中提供的水中已經存在的二氧化碳之量。水中已經存在的二氧化碳之量又將取決於例如水的上游處理。例如已藉由閃蒸脫鹽之水將含有與已藉由反滲透脫鹽之水中不同之量的二氧化碳，且因此不同之pH。例如已藉由反滲透脫鹽之水可具有約5.3之pH及約10mg/l之CO2的量。
因此，乾燥形式或水性懸浮液形式的步驟b)包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料注入至酸化的水中。
因此，在此具體實例中，方法步驟d)包含以下步驟i1)組合步驟a)之水與步驟c)之CO2或酸，及i2)組合i1)之混合物與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料。
在此具體實例中，二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)之酸因此添加至支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中提供的水中，且將因此獲得之酸化水轉移至容器，較佳反應器槽(1)中。另外，支流(15)或支流之側分流(15b)(支流包含側分流的情況下)或主要處理流(17)或主要處理流之側分流(17b)(該方法不包含支流(15)的情況下)中獲得的包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液亦轉移(16)至容器，較佳反應器槽(1)，以便組合酸化 水與包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液。
較佳地，方法步驟d)藉由以下進行ii1)組合步驟a)之水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，及ii2)組合ii1)之混合物與步驟c)之CO2或酸。
在本發明方法之一個具體實例中，步驟d)較佳在5至55℃，更佳15至30℃範圍內之溫度下進行，以確保充分組合步驟a)之水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料以及步驟c)之CO2或酸。
應瞭解，獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之溶液S1的鹼土金屬碳酸鹽在包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液之液相(亦即水)中的溶解速率視所投配的二氧化碳或pKa值<5之酸的量而定，且亦視溫度、pH、壓力、懸浮液中的初始鹼土金屬碳酸鹽濃度以及將二氧化碳或pKa值<5(在25℃下)之酸引入至包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的水性懸浮液中所用之投配速率而定。
較佳地，步驟d)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1中之二氧化碳濃度在10至1500mg/l，更佳20至1000mg/l且最佳50至400mg/l範圍內。
另外或替代地，在步驟d)中獲得的水性懸浮液S1中產生1mol至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽所用的CO2之量(以mol為單位)在1.0至6.0mol範圍內，較佳1.0至3.0mol範圍內，且最佳1.0至2.0mol範圍內。
應注意，步驟d)中獲得的水性懸浮液中至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之種類取決於本發明方法之步驟b)中提供的包含至少一種鹼土金 屬碳酸鹽之材料。因此，若包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料包括包含碳酸鈣之材料，則步驟d)中獲得的水性懸浮液S1中的至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含碳酸氫鈣。或者，若包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料由碳酸鈣組成，則步驟d)中獲得的水性懸浮液S1中的至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽由碳酸氫鈣組成。
應瞭解，步驟d)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1的作為鹼土金屬碳酸氫鹽形式的鹼土金屬濃度較佳在20至1000mg/l範圍內，較佳在50至600mg/l範圍內且最佳80至400mg/l範圍內。在本發明方法之一個具體實例中，步驟d)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1(碳酸氫鈣)的作為碳酸氫鈣的鈣金屬濃度在20至1000mg/l範圍內，較佳50至600mg/l範圍內且最佳80至400mg/l範圍內。
如上所述，步驟d)中獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1。
步驟d)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1進一步包括包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料的未溶解的固體粒子，且因此包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1進行過濾步驟e)。
鑒於此，步驟d)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1較佳具有超過10NTU之濁度值，水性懸浮液S1更佳包含可見固體，即不透明。
在本發明之含義中，「濁度」描述由肉眼一般不可見的個別 粒子(懸浮固體)引起的流體混濁或模糊。濁度量測為水品質的關鍵測試且可使用濁度計進行。如本發明中所用之經校準的濁度計的濁度單位如比濁法濁度單位(NTU)所規定。
在本發明之一個具體實例中，按水性懸浮液S1之總重量計，步驟d)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1的固體含量較佳在0.01至10.0wt%範圍內，更佳0.5至10.0wt%範圍內且最佳1.2至8.0wt%範圍內。
步驟e)：過濾水性懸浮液S1的至少一部分
根據本發明方法之步驟e)，步驟d)中獲得的水性懸浮液S1的至少一部分藉由使水性懸浮液S1穿過至少一個浸沒膜模組來過濾，以獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2。
過濾步驟e)較佳在容器中，較佳反應器槽(1)中進行。
在本發明方法之一個具體實例中，步驟e)較佳在5至55℃，更佳15至45℃範圍內之溫度下進行，以確保充分組合步驟a)之水與步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料以及步驟c)之CO2或酸。
應瞭解，方法步驟d)及e)可分別或同時進行，即在不同容器或同一容器中進行。因此，方法步驟d)及e)可在一或多個容器中進行。
舉例而言，若方法步驟d)及e)在不同容器中(即分別)進行時，方法步驟d)及e)在兩個或更多個容器，較佳兩個容器中進行。在此具體實例中，應瞭解方法步驟e)在方法步驟d)之後進行。
或者，方法步驟d)及e)在同一容器中進行。在此具體實 例中，應瞭解，方法步驟d)及e)同時進行。
鑒於降低之整體能量消耗及較高成本效率，較佳地，方法步驟d)及e)在同一容器，較佳在反應器槽(1)中進行(即同時)。
若方法步驟d)及e)同時進行，則步驟d)及e)較佳在5至55℃，更佳15至45℃範圍內之溫度下進行。
本發明方法之一個特定要求為：水性懸浮液S1之至少一部分經至少一個浸沒膜模組(2)過濾。較佳地，水性懸浮液S1之總量經至少一個浸沒膜模組(2)過濾。
至少一個浸沒膜模組(2)因此位於容器，較佳反應器槽(1)中。
至少一個浸沒膜模組可為熟習此項技術者已知的且通常用於過濾污泥及包含礦物質、顏料及/或填料之水性懸浮液的任何種類之浸沒膜模組。舉例而言，可使用Toray Industries公司之浸沒膜模組。
至少一個浸沒膜模組(2)，亦即膜之孔徑較佳<1μm，且更佳<0.1μm，例如0.04至0.9μm(諸如約0.04μm或0.08μm)。至少一個浸沒膜模組(2)的膜可為陶瓷、聚合物或其他合成材料。舉例而言，至少一個浸沒膜模組(2)包含由選自包含以下之群的材料製成之膜：燒結材料、多孔瓷、合成性聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯碸、聚偏二氟乙烯(PVDF)或Teflon®)及其混合物。在一個具體實例中，至少一個浸沒膜模組(2)進一步包含纖維或非編織物，諸如由選自包含以下之群的材料製成之纖維或非編織物：合成性聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚酯或)及其混合物。
應瞭解，至少一個浸沒式膜模組(2)之數目取決於製程尺 寸。熟習此項技術者可根據所用特定製程尺寸調適浸沒膜模組之此數目。
至少一個浸沒膜模組(2)較佳具有高通量，亦即每單位膜面積及時間之高流動速率(通量=l/[m2*h])。舉例而言，至少一個浸沒膜模組(2)之通量10 l/(m2h)、較佳在20至100 l/(m2h)範圍內且最佳在40至100 l/(m2h)範圍內。
較佳地，至少一個浸沒膜模組(2)經配置使得空氣或製程流體在至少一個浸沒膜模組之表面的至少一部分上再循環(5)。其優勢在於CO2可有效引入至容器，較佳反應器槽(1)中，以改良包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性懸浮液S1的形成效率。另外，此佈置可導致至少一個浸沒膜模組(2)經交叉流摻氣清潔，此可減少至少一個浸沒膜模組(2)之積垢。另外，此佈置的益處在於保持均質懸浮液且防止未溶解之粒子沈降。
在一個具體實例中，空氣或製程流體跨越至少一個浸沒膜模組(2)的至少一部分表面從至少一個浸沒膜模組(2)及/或容器，較佳反應器槽(1)，較佳至少一個浸沒膜模組(2)及容器，較佳反應器槽(1)的底部向頂部再循環(5)。
應瞭解，步驟c)之CO2或酸(4)較佳添加至空氣或製程流體，該空氣或製程流體跨越至少一個浸沒膜模組(2)的至少一部分表面再循環(5)。
若空氣或製程流體跨越至少一個浸沒膜模組的至少一部分表面再循環，則較佳地是，容器，較佳反應器槽(1)密封且容器，較佳反應器槽(1)頂部之空氣用作饋料且在容器，較佳反應器槽(1)的底部再 引入(5)。
因此，方法步驟d)及e)較佳在同一容器，較佳反應器槽(1)中進行，且空氣或製程流體跨越至少一個浸沒膜模組(2)的至少一部分表面自至少一個浸沒膜模組(2)及容器，較佳反應器槽(1)的底部至頂部方向再循環(5)。更佳地，方法步驟d)及e)在同一容器，較佳反應器槽(1)中進行，且步驟c)之CO2或酸(4)添加至空氣或製程流體，空氣或製程流體跨越至少一個浸沒膜模組(2)的至少一部分表面及容器，較佳反應器槽(1)再循環(5)。
應瞭解，再循環空氣流(5)較佳與支流(15)或主要處理流(17)(該方法不包含支流(15)的情況下)無關，即再循環空氣流(5)之入口及出口連接至容器，較佳反應器槽(1)的位置與支流(15)或支流之主分流(15a)或支流之側分流(15b)或主要處理流(17)或主要處理流之主分流(17a)或主要處理流之側分流(17b)的入口及出口不同。
除了上文所述之清潔以外，該方法可包含清潔至少一個浸沒膜模組(2)的步驟。
舉例而言，本發明方法包含反洗至少一個浸沒膜模組的另一步驟f)。
在本發明之含義中，術語「反洗」係指自至少一個浸沒膜模組(2)的另一側(即自滲透側到至少一個浸沒膜模組及/或容器的進料側)添加水及/或化學物質用於清潔至少一個浸沒膜模組(2)。
舉例而言，至少一個浸沒膜模組(2)之反洗可用水進行。若本發明方法包含用水反洗至少一個浸沒膜(2)的另一步驟f)，則反洗可 每5至60分鐘，例如每10至15分鐘進行。
另外，可將CO2或pKa值<5(在25℃下)之酸添加至水中。在此具體實例中，可一週一次或兩次進行反洗。
應瞭解，本發明方法可以分批法、半連續法或連續法形式進行。
在本申請案之含義中，措辭「半連續法」係指至少一個以連續形式進行的方法步驟。
藉由本發明方法獲得之包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的二氧化碳濃度較佳在0.001至300mg/l範圍內，更佳0.1至150mg/l範圍內，最佳0.5至50範圍內。
應瞭解，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的鹼土金屬碳酸氫鹽形式之鹼土金屬濃度在20至1000mg/l範圍內。較佳地，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的鹼土金屬碳酸氫鹽形式的鹼土金屬濃度在50至500mg/l，且更佳80至300mg/l範圍內。
在本發明方法之一個具體實例中，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2包含碳酸氫鈣，溶液的碳酸氫鈣形式之鈣金屬濃度在20至1000mg/l範圍內，較佳50至500mg/l範圍內且更佳80至300mg/l範圍內。
在本發明方法之替代具體實例中，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2包含碳酸氫鎂，溶液的碳酸氫鎂形式之鎂金屬濃度在20至1000mg/l範圍內，較佳50至400mg/l範圍內且更 佳80至300mg/l範圍內。
或者，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2包含碳酸氫鈣及碳酸氫鎂，溶液的碳酸氫鈣及碳酸氫鎂形式的總鈣及鎂金屬濃度在20至1000mg/l範圍內，較佳50至500mg/l範圍內且更佳80至300mg/l範圍內。
在本發明之一個具體實例中，按水性溶液之總重量計，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的溶解的至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之含量在0.001至2.0wt%範圍內，更佳0.001至0.05wt%範圍內且最佳0.001至0.03wt%範圍內。
另外或替代地，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的濁度值較佳低於0.5NTU，且更佳低於0.3NTU。舉例而言，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的濁度值低於0.2NTU或低於0.1NTU。
應瞭解，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的pH值較佳地在6.1至8.9範圍內並且較佳6.5至8.5範圍內。
根據本發明方法之一個具體實例，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的德國硬度為1至55°dH，較佳3至30°dH，且最佳4.5至17°dH。
出於本發明之目的，德國硬度以「度德國硬度，°dH」為單位表示。就此而言，德國硬度係指鹼土金屬離子在包含鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液中的總量。
較佳地，藉由本發明方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸 氫鹽之水性溶液的德國硬度比步驟a)中提供的水的德國硬度高至少3°dH，更佳至少5°dH。
在一個具體實例中，藉由本發明方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2適用作礦化水。此較佳為該方法不包含至少一個支流(15)或至少一個支流(15)不包含側分流的情況。亦即若該方法由主要處理流(17)組成，則藉由本發明方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2為礦化水。
或者，藉由本發明方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2適於水之礦化及/或穩定化。舉例而言，藉由本發明方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2適於使脫鹽水或天然軟水礦化及/或穩定化。此較佳為該方法包含至少一個支流(15)或至少一個支流(15)包含側分流的情況。
舉例而言，步驟e)中獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2自支流(15)轉移(9)至主要處理流(17)中用於水的礦化及/或穩定化。
可藉由使用本發明方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2礦化的水可源自多種來源，且可選自蒸餾水、工業水、自來水、脫鹽水(諸如脫鹽海水、微咸水或鹽水)、經處理之廢水或天然軟水(諸如地下水、地表水或降雨)較佳地，藉由使用本發明方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2礦化之水為脫鹽水，例如自脫鹽法獲得的滲透物或餾出物。
鑒於所獲得之良好結果，本申請案之另一態樣進一步涉及水 礦化及/或穩定化之方法，該方法包含以下步驟i)提供待礦化之水，ii)提供藉由如本文所述之方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液，iii)組合步驟i)之待礦化水與步驟ii)之包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽的水性溶液，獲得礦化水。
關於待礦化及/或穩定化之水，藉由該方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液及其較佳具體實例的定義，參考上文在論述用於製備本發明的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法的技術細節時提供的陳述。
較佳地，步驟ii)中提供的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的德國硬度比步驟i)中提供的待礦化之水的德國硬度高至少3°dH，更佳至少5°dH。
為了中和任何剩餘「侵蝕性」二氧化碳及/或提高pH以實現穩定且平衡的最終水品質，較佳地，去除侵蝕性二氧化碳，將鹼添加至步驟iii)中獲得之礦化水中或兩者之組合。
因此，水礦化及/或穩定化之方法較佳包含pH調整的另一步驟(iv)，其藉由汽提侵蝕性CO2，向步驟(iii)之礦化水中添加鹼中之任一者，汽提及向礦化水中添加鹼兩者。
在一個具體實例中，將較佳提供於水中之鹼添加至主要處理流(17)中的礦化水中，將礦化水的pH值調整至7.0至9.0的範圍且形成鹼土金屬碳酸氫鹽形式的鹼土金屬濃度在10至300mg/l範圍內的礦化水。
因此，較佳將例如Ca(OH)2(21)之鹼添加至主要處理流(17)中。
鹼較佳為鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物。更佳地，鹼為選自氫氧化鈣及/或氫氧化鎂及/或氫氧化鈉之鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物，例如氫氧化鈣或氫氧化鎂或氫氧化鈉。作為鹼土金屬氫氧化物之鹼較佳由氫氧化鈣組成。
根據本發明方法之一個具體實例，作為鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物之鹼較佳為微粉化鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物。
舉例而言，作為鹼土金屬氫氧化物之鹼的重量中值粒徑d50為0.1至100.0μm，較佳0.2至50.0μm，更佳0.3至25.0μm，且最佳0.5至10.0μm。
在本發明之一個具體實例中，藉由使用BET等溫線之氮氣吸附(ISO 9277：2010)量測，作為鹼土金屬氫氧化物之鹼的BET比表面積為0.01至200.0m2/g，且較佳1.0至100.0m2/g。
較佳添加作為鹼土金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物之鹼，使得添加至礦化水中的鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物之濃度在0.1至100mg/l範圍內且較佳在0.5至10mg/l範圍內。
鹼較佳提供於水中。因此，應瞭解，鹼較佳呈溶液或懸浮液形式。
若鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物形式之鹼呈溶液或懸浮液形式，則按溶液或懸浮液之總重量計，鹼金屬氫氧化物及/或鹼土 金屬氫氧化物含量較佳為0.5wt%至50wt%，較佳約20wt%。
鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物溶液或懸浮液可現場產生或獨立於本發明方法產生。若鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物溶液或懸浮液獨立於本發明方法製備，則鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物溶液或懸浮液較佳不由步驟a)中的提供之水製備。或者，鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物溶液或懸浮液使用方法步驟a)中所提供之水製備。
藉由在主要處理流(17)中將鹼，較佳鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物添加至礦化水中，礦化水之pH值調整至7.0至9.0範圍內。較佳地，礦化水之pH值調整為在7.2至8.9範圍內且較佳在7.8至8.4範圍內之pH值。應瞭解，pH調整視再礦化量及目標最終水品質而定。
在一個具體實例中，步驟a)中提供的一部分水形成主要處理流(17)且水之剩餘部分形成至少一個支流(15)。因此，至少一個支流(15)連接至主要處理流(17)，較佳在於至少一個支流(15)藉由入口及出口連接至主要處理流(17)。
在一個具體實例中，至少一個支流(15)之出口較佳位於主要處理流(17)的至少一個支流(15)的入口之後。
在本發明之含義中，術語「下游」係指裝置之另一單元後的接續位置。
若本發明方法進一步包含向主要處理流(17)添加鹼，例如Ca(OH)2(21)，則鹼較佳注入至礦化水中，即在至少一個支流(15)的出口之後。若鹼金屬氫氧化物及/或鹼土金屬氫氧化物溶液或懸浮液使用方法步 驟a)中提供之水製備，則較佳其在支流(21)中形成。此支流較佳藉由入口及出口連接至主要處理流(17)。
本發明之另一態樣涉及藉由如本文所定義之方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的用途，其用於水之礦化及/或穩定化。水較佳為脫鹽水或天然軟水。或者，本發明涉及藉由如本文所定義之方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的用途，其用作礦化水。此較佳為該方法不包含至少一個支流(15)的情況。亦即，步驟b)的包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料添加至主要處理流(17)中。
關於待礦化之水，藉由該方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液及其較佳具體實例的定義，參考上文在論述用於製備本發明的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法的技術細節時提供的陳述。
以下實施例可另外說明本發明，但不意謂將本發明限制於所例示之具體實例。
基於打算說明本發明之特定具體實例且為非限制性的以下實施例，將更好理解本發明之範疇及重要性。
實施例
1 量測方法
以下描述在實施例中實施之量測方法。
水性懸浮液或溶液之pH
使用具有整合溫度補償及WTWWTW SenTix 940 pH探針之WTW Multi 3420 pH測定計量測懸浮液或溶液之pH值。使用pH值為4.01、 7.00及9.21之標準進行pH電極之校準。所報導之pH值為藉由儀器偵測之終點值(當量測信號與在前6秒內的平均值之差小於0.1mV時，則為終點)。
水性懸浮液之固體含量
水分分析儀
使用來自瑞士(Switzerland)Mettler-Toledo公司之濕度分析儀HR73測定固體含量(亦稱為「乾量」)，該儀器具有以下設置：120℃之溫度、自動開關3、標準乾燥、5至20g產品。
顆粒材料之粒徑分佈(直徑<X之粒子的質量百分比)及重量中值直徑(d 50 )
顆粒材料之重量粒徑及粒徑質量分佈經由沈降方法(亦即分析在重力場中之沈降行為)來測定。量測用Micromeritics Instrument公司之SedigraphTM 5120或SedigraphTM 5100進行。
方法及儀器為熟習此項技術者已知且通常用於測定填料及顏料之粒徑。在0.1wt% Na4P2O7之水性溶液中進行量測。使用高速攪拌器及超音波分散樣品。
溶液之水性懸浮液之濁度
用Hach Lange 2100AN IS實驗室濁度計量測濁度且使用<0.1、20、200、1000、4000及7500NTU之StabCal濁度標準(福爾馬肼標準物(formazine standard))進行校準。
水性溶液之硬度
藉由用螯合劑、乙二胺四乙酸(EDTA-二鈉鹽0.01M)滴定來測定與水硬度有關之離子，亦即Ca2+(水性溶液)及Mg2+(水性溶液)。 為了緩衝pH值恆定處於10，使用NH3-NH4Cl緩衝液。由於Ca2+(水性溶液)及Mg2+(水性溶液)離子，使用羊毛鉻黑T(Eriochrome Black T)作為指示劑的滴定測定總硬度，直至溶液由酒紅色變成天藍色。藉由以下等式計算總硬度之量：硬度=EDTA之體積(ml)x 0.01 x 100.08 x 1 000/(樣品體積(ml))
藉由測定鈣及鎂離子之總濃度以及鈣離子之濃度來計算鎂硬度。鈣離子之濃度藉由首先添加50w/v% NaOH溶液以Mg(OH)2形式完全沈澱鎂離子，旋轉溶液且等待直至完全沈澱來測定。隨後，添加羥基萘酚藍且用0.01M EDTA滴定樣品直至溶液變為天藍色。
電導率
在25℃下使用Mettler Toledo Seven量測電導率
多重儀器配備有相應Mettler Toledo電導率擴展單元及Mettler Toledo InLab® 741電導率探針。
首先使用來自Mettler Toledo之市售電導率校準溶液在相關電導率範圍內校準儀器。藉由線性校正模式自動校正溫度對電導率之影響。針對20℃之參照溫度報導所量測之電導率。所報導之電導率值為藉由儀器偵測之終點值(當量測之電導率與在最後6秒內的平均值之差小於0.4%時，則為終點)。
溫度
用Xylem Analytics之手持型WTW探針量測溫度。
水性溶液之鹼度
藉由用0.1M鹽酸溶液滴定樣品來測定水性溶液之鹼度。滴 定終點達至4.3之恆定pH值處。藉由以下等式計算鹼度之量：鹼度=酸體積(ml)x 0.1 x 100.08 x 1 000/(2 x樣品體積(ml))
水性溶液之酸度
藉由用0.01M氫氧化鈉溶液滴定游離CO2來測定水性溶液之酸度。滴定終點達至8.3之恆定pH值處。藉由以下等式計算游離CO2之量：游離CO2=NaOH體積(ml)x 0.01 x 44.01 x 1000/樣品體積(ml)
朗格利爾飽和指數(Langelier Saturation Index；LSI)
朗格利爾飽和指數(LSI)描述水性液體形成水垢或具有腐蝕性之趨勢，其中正LSI指示形成水垢之趨勢，且負LSI指示腐蝕性特徵。因此，平衡朗格利爾飽和指數，亦即LSI=0意謂水性液體處於化學平衡。LSI計算如下：LSI=pH-pHs，其中pH為水性液體之實際pH值且pHs為CaCO3飽和度下水性液體的pH值pHs可如下估算：pHs=(9.3+A+B)-(C+D)，其中A為水性液體中所存在之總溶解固體(TDS)的數值指示符，B為水性液體溫度之數值指示符(以K為單位)，C為水性液體之鈣濃度的數值指示符(以CaCO3之mg/l為單位)，且D為水性液體之鹼度的數值指示符(以CaCO3之mg/l為單位)。使用以下等式測定參數A至D：A=(log10(TDS)-1)/10，B=-13.12×log10(T+273)+34.55， C=log10[Ca2+]-0.4，D=log10(TAC)，其中TDS為總溶解固體(以mg/l為單位)，T為溫度(以℃為單位)，[Ca2+]為水性液體之鈣濃度(以mg/l之CaCO3計)，且TAC為水性液體之鹼度(以mg/l之CaCO3計)。
2 實施例
本發明設施-碳酸氫鈣之水性溶液之製備
根據本發明之一個設施的一般處理流程展示於圖1中。設施包含在內部具有50m2浸沒膜(2)之反應器槽(1)、具有投配螺旋進料器之碳酸鈣儲倉(13)及用於製備碳酸鈣懸浮液之容器(14)。
碳酸氫鈣溶液(9)產生於滲透物流中且此可用於增加另一流程之礦物質含量及鹼度。
給水由逆滲透系統獲得，產生具有以下水規格之水：
鈉：<1mg/l
氯離子：<2mg/l
鈣：8mg/l
鎂：<1mg/l
鹼度：12mg/l(as CaCO3)
°dH：1.12
pH：6.9
電導率：24μS/cm
碳酸氫鈣溶液可以使用上述設備用以下方式製造：反應器槽 (1)初始填充5.0wt%碳酸鈣懸浮液達到藉由反應器槽之液面量測(11)所測定覆蓋浸沒膜之表面的所定義的體積。鼓風機開始自反應器槽(1)之頂部向位於浸沒膜(2)底部處之擴散器再循環空氣量(5)以確保均質懸浮液維持在反應器槽(1)內且為浸沒膜(2)提供一定清潔作用。以每小時約200次之速率再循環空氣量(5)。在空氣流中添加(4)控制量之二氧化碳。負載有二氧化碳之再循環空氣自反應器槽(1)之底部向頂部經過浸沒膜(2)而產生擾流，且二氧化碳自空氣流傳送至碳酸鈣懸浮液，增加懸浮液內溶解二氧化碳之量。碳酸鈣與溶解二氧化碳之間的反應使得在反應器槽(1)內形成鹼性碳酸氫鈣溶液。同時，將碳酸鈣自儲倉(13)添加至容器(14)中用於在容器(14)內製備碳酸鈣懸浮液。失重型螺旋進料器用於準確量測碳酸鈣之添加量。亦將水添加至槽及用於形成已知固體含量之均質懸浮液的混合器中。隨後將微粉化碳酸鈣之懸浮液(16)以相當於經由與二氧化碳反應而溶解的碳酸鈣之量的比率轉移至反應器槽(1)，以使得反應器槽(1)內未溶解之碳酸鈣的總量保持恆定。經由浸沒膜(2)自反應器槽(1)提取過濾滲透物之水性溶液S2(9)。
啟動試驗單元
將天然碳酸鈣粉末(Millicarb®，來自Omya International公司，法國奧爾貢，d50=3μm)用作根據本發明裝置之試驗工廠中的起始物質。用由液面控制(11)執行的900 l所製備之5wt%碳酸鈣粉末懸浮液填充反應器(1)。再循環空氣流(5)風扇開始以10m3/h經由擾流使膜再生。空氣流之超壓係藉由(6)量測。
實施例1：
為了製造高負載濃縮物(約250mg/l鹼度)，在1小時內將99g二氧化碳(4)投配至再循環空氣流。在第一小時再循環時間結束時開始連續製造。在連續產生期間，將250mg/l碳酸鈣之懸浮液(16)添加至反應器(1)中以考慮到碳酸鈣在反應器槽(1)內之連續溶解。同時，經由浸沒膜(2)使用雙向計量泵以250mg/l碳酸氫鈣之濃度(量測為碳酸鈣)提取澄清水性溶液S2(9)。藉由反應器槽(1)中之液面量測(11)及水性溶液S2(9)之流量計量測(10)控制微粉化碳酸鈣之懸浮液(16)與水性溶液(9)之比率。比率之主要設置視可實現的膜通量率而定且作為跨膜壓力(8)量測。藉由濁度量測(12)及滴定控制水性溶液S2(9)之品質。
操作條件及水質結果在下表1及表2中給出。
與專利申請案EP 2 623 467 A1相比，使用根據本發明之設施的上述方法具有更佳能效。根據EP 2 623 467 A1之表4，在4個不同試驗中由管狀膜模組(Microdyne-Module MD 063 TP 2N)產生35 l/h之滲透液。 在此等試驗中，懸浮液以3200 l/h之速率以1.5巴壓力經由管狀模組循環而產生此滲透物流。產生此滲透物所需之液壓能因此為：液壓能(W)=V x ρ x p
其中：
V=流體之流動速率(m3/s)
ρ=流體密度(kg/m3)
p=泵之出口靜壓(kPa)
對於專利申請案EP 2 623 467 A1之實施例而言，具有以下輸入：
V=3 200 l/h=8.8e-04m3/s
ρ=1 000kg/m3(對於不具有任何其他細節之水)
p=1.5bar=150kPa
W=8.888e-04 x 1 000 x 150=133W
此產生平均54 l/h滲透物，且因此所產生的滲透液每立方公尺之功率消耗可計算為：功率/立方公尺=0.133kW÷0.035m3/h=3.8kW．h/m3
使用根據本發明之設施且如圖1中所示，伴隨50kPa之壓力產生1250 l/h=3.47e-04m3/s之滲透物。
液壓能因此計算為：液壓能(W)=V x ρ x p=3.47e-04 x 1 000 x 50=17.4W
此產生平均1250 l/h滲透物，且因此所產生的滲透液每立方公尺之功率消耗可計算為： 公里/立方公尺=0.0174kW÷1.25m3/h=0.014kW.h/m3
因此，伴隨本發明之比功率消耗(所產生之滲透物每立方公尺之功率)比專利申請案EP 2 623 467 A1之比功率消耗小超過270倍。
根據使用圖1所示之本發明設施及由EP 2 623 467 A1所述的測試的CO2效率計算為：(水中之游離CO2+投配之CO2)/CO2分子量：(最終鹼度-初始鹼度)/CaCO3之分子量=(2+110)/44.01g/mol：(220-12)/100.08g/mol=2.54：2.08=1.22：1
根據用根據專利申請案EP 2 623 467 A1之設施執行的測試之CO2效率展示為：110/44.01g/mol：170/100.08g/mol=2.5：1.7=1.47：1
本發明設施-製備且投配碳酸氫鈣水性溶液以增加脫鹽水之礦物質含量及含鹼量
根據本發明之一個設施的一般處理流程展示於圖2中。裝置包含在內部具有50m2浸沒膜(2)之反應器槽(1)、產物儲槽(3)、具有投配螺旋進料器之碳酸鈣儲倉(13)及用於製備碳酸鈣懸浮液之容器(14)。
碳酸氫鈣溶液產生於水性溶液S2(9)中且投配至主要處理流(17)中以增加主要處理流之礦物質含量及含鹼量。
給水由逆滲透系統獲得，產生具有以下水規格之水：
鈉：<1mg/l
氯離子：<2mg/l
鈣：8mg/l
鎂：<1mg/l
鹼度：12mg/l(CaCO3形式)
°dH：1.12
pH：6.9
電導率：24μS/cm
碳酸氫鈣溶液可使用上述設備用以下方式在支流中製造：反應器槽(1)最初填充有5.0wt%碳酸鈣懸浮液達到藉由反應器槽(1)中之液面量測(11)所測定覆蓋浸沒膜(2)表面的所定義的體積。鼓風機開始自反應器槽(1)之頂部向位於浸沒膜(2)底部處之擴散器再循環空氣量(5)以確保均質懸浮液維持在反應器(1)內且為膜提供一定清潔作用。以每小時約200次之速率再循環空氣量(5)。在空氣流中在例如位置(4)處添加控制量之二氧化碳。負載有二氧化碳之再循環空氣自反應器之底部向頂部經過浸沒膜(2)而產生擾流，且二氧化碳自空氣流傳送至碳酸鈣懸浮液，增加懸浮液內溶解二氧化碳之量。碳酸鈣與溶解二氧化碳之間的反應使得在反應器槽內形成碳酸氫鈣溶液。同時，將碳酸鈣自儲倉(13)添加至容器(14)中用於在容器(14)內製備碳酸鈣懸浮液。失重型螺旋進料器用於準確量測碳酸鈣之添加量。亦將水添加至容器(14)及用於形成已知固體含量之均質懸浮液的混合器中。隨後將微粉化碳酸鈣之懸浮液(16)以相當於經由與二氧化碳反應而溶解的碳酸鈣之量的速率轉移至反應器槽(1)，以使得反應器槽(1)內未溶解之碳酸鈣的總量保持恆定。呈澄清濃縮碳酸氫鈣溶液形式的過濾滲透物之水性溶液S2(9)用於經由雙向計量泵將鈣及碳酸氫鹽添加至主要處理流(17)中。產物儲槽(3)用作緩衝器， 其亦用於每10分鐘進行一次反洗工序。
啟動試驗單元
將天然碳酸鈣粉末(Millicarb®，來自法國奧爾貢Omya International，d50=3μm)用作試驗工廠中之起始物質。用由反應器槽(1)中之液面量測(11)執行的900 l所製備之5wt%碳酸鈣粉末懸浮液填充反應器槽(1)。再循環空氣流(5)風扇開始以10m3/h經由擾流使膜再生。空氣流之超壓係藉由(6)量測。
實施例2
為了產生高負載濃縮液(約250mg/l鹼度)，在1h內將99g二氧化碳(4)投配至再循環空氣流。在第一小時再循環時間結束時開始連續產生。在連續製造期間，將250mg/l碳酸鈣之懸浮液(16)添加至反應槽(1)中以考慮到碳酸鈣在反應器槽(1)內之連續溶解。同時，經由浸沒膜以250mg/l碳酸氫鈣之濃度(作為碳酸鈣量測)提取澄清水性溶液S2(9)且經雙向計量泵經由產物儲槽(3)排放於主要物料流(17)中。藉由反應器槽(1)中之液面量測(11)及流量量測(10)控制微粉化碳酸鈣之懸浮液(16)與水性溶液S2(9)之比率。比率之主要設置視可實現的膜通量率而定且作為跨膜壓力(8)量測。藉由水性溶液(9)中之濁度量測(12)及滴定控制水性溶液S2(9)之品質。經由摻合水物料流之pH值(18)、電導率(19)及滴定量測第一摻合物之品質。
操作條件及品質結果在下表3及表4中給出。
本發明設施-製備且投配碳酸氫鹽水性溶液隨後進行pH值調整以增加脫鹽水之礦物質含量及含鹼量且使其在其飽和指數方面穩定
根據本發明之一個設施的一般處理流程展示於圖3中。設施包含在內部具有50m2浸沒膜(2)之反應器槽(1)、產物儲槽(3)、具有投配螺旋進料器之碳酸鈣儲倉(13)及用於製備碳酸鈣懸浮液之容器(14)及氫氧化鈣儲槽(20)及投配系統。
碳酸氫鈣溶液產生於水性溶液S2(9)中且投配至主要處理流(17)中以增加主要處理流(17)之礦物質含量及含鹼量。投配碳酸氫鈣溶液之後將呈5.0wt%且具有高純度之氫氧化鈣懸浮液投配(21)於主要處理流(17)中以形成最終經處理之水物料流(24)之所需最終水品質。
將給水提供於所有處理流中，給水由逆滲透系統獲得，產生具有以下水規格之水：
鈉：<1mg/l
氯離子：<2mg/l
鈣：8mg/l
鎂：<1mg/l
鹼度：12mg/l(CaCO3形式)
°dH：1.12
pH：6.9
電導率24μS/cm
碳酸氫鈣溶液可使用上述設備用以下方式在支流中製造：反應器槽(1)最初填充有5.0wt%碳酸鈣懸浮液達到藉由反應器槽(1)中之液面量測(11)所測定覆蓋浸沒膜(2)表面的所定義的體積。鼓風機開始自反應器槽(1)之頂部向位於浸沒膜(2)底部處之擴散器再循環空氣量(5)以確保均質懸浮液維持在反應器槽(1)內且為浸沒膜(2)提供一定清潔作用。以每小時約200次之速率再循環空氣量。在空氣流中添加控制量之二氧化碳(4)。負載有二氧化碳之再循環空氣自反應器槽(1)之底部向頂部經過浸沒膜(2)而產生擾流，且二氧化碳自空氣流傳送至碳酸鈣懸浮液，增加懸浮液內溶解二氧化碳之量。碳酸鈣與溶解二氧化碳之間的反應使得在反應器槽(1)內形成碳酸氫鈣溶液。同時，將碳酸鈣自儲倉(13)添加至容器(14)中用於在容器(14)內製備碳酸鈣懸浮液。失重型螺旋進料器用於準確量測碳酸鈣之添加量。亦將水添加至槽及用於形成已知固體含量之均質懸浮液的混合器中。隨後將微粉化碳酸鈣之懸浮液(16)以相當於經由與二氧化碳反應而溶解的碳酸鈣之量的速率轉移至反應器槽 (1)，以使得反應器槽(1)內未溶解之碳酸鈣的總量保持恆定。呈澄清濃縮碳酸氫鈣溶液形式的過濾滲透物之水性溶液S2(9)用於經由雙向計量泵將鈣及碳酸氫鹽添加至主要處理流(17)中。產物儲槽(3)亦用作緩衝器，其用於每10分鐘進行一次反洗工序。第二計量泵用於在例如位置(21)處將儲槽(20)中所儲存的氫氧化鈣懸浮液添加至主要處理流(17)中。
啟動試驗單元
將天然碳酸鈣粉末(Millicarb®，法國奧爾貢Omya International，d50=3μm)及氫氧化鈣懸浮液(Schäferkalk，Precal 72，20wt%濃度水性溶液)用作試驗工廠中之起始物質。Schäferkalk產品(Precal 72)為高度反應性20wt%氫氧化鈣懸浮液，為了有效泵送，其已稀釋至5wt%(21)且直接投配至最終經處理之水物料流(24)中。用由反應器槽1中之液面量測(11)執行的900 l所製備之5wt%碳酸鈣粉末懸浮液填充反應器槽(1)。再循環空氣流(5)風扇開始以10m3/h經由擾流使膜再生。空氣流之超壓係藉由(6)量測。
實施例3：
為了產生高負載濃縮液(約250mg/l鹼度)，在1h內將99g二氧化碳(4)投配至再循環空氣流。在1小時再循環時間結束時開始連續產生。在連續產生期間，將250mg/l微粉化碳酸鈣之懸浮液(16)添加至反應器槽(1)中以考慮到碳酸鈣在反應器槽(1)內之連續溶解。同時，經由浸沒膜(2)以250mg/l碳酸氫鈣之濃度(作為碳酸鈣量測)提取澄清水性溶液(9)且經由雙向計量泵經由產物儲槽(3)排放於主要處理流(17)中。藉由反應器槽(1)中之液面量測(11)及水性溶液S2(9)之流量量 測(10)控制微粉化碳酸鈣之懸浮液(16)與水性溶液S2(9)之比率。比率之主要設置視可實現的膜通量率而定且作為跨膜壓力(8)量測。藉由濁度量測(12)及滴定控制水性溶液(9)之品質。經由pH值(18)、電導率(19)及滴定量測第一摻合物之品質。為了達到最終處理流(24)之朗格利爾飽和指數為0的所需最終水質，亦將來自槽(20)之氫氧化鈣懸浮液(21)投配至最終經處理之水物料流(24)中。
操作條件及水品質結果在下表5及表6中給出。
本發明實施例4：藉由使用圖1中所述之方法溶解氫氧化鎂
4.1 設備
將以下設備用於測試：
●2150L「膜方解石反應器」(MCR)由以下組成：o 具有所需接點的2150L容積之圓柱形不鏽鋼反應器， o 安裝於反應器內之Microdyn Bio-cel BC-50浸沒膜單元，o 密封反應器之蓋子，o 用於液面控制及壓力監測之儀器，●鼓風機系統，其經配置使得其形成鼓風機再循環迴路，其由以下組成：o 藉由變速驅動機操作之鼓風機，o 自反應器頂部(連接至蓋子)連接至鼓風機之進料管道o 連接至浸沒膜單元底部處之擴散器歧管的排放管道，●經膜萃取濃縮物溶液之滲透泵，使用流量計量測流動速率●二氧化碳投配系統，其由以下組成：o 二氧化碳瓶o 將50巴之瓶壓力降低至5巴的壓力調節器o 調節且量測二氧化碳之投配的質量流量計及控制閥o 與鼓風機排放管道之投配連接件●漿料改小(SMD)系統，其由以下組成：o 具有電混合器及槽液面儀器之漿料改小(SMD)槽，o 到槽之給水供應源，其經控制以維持槽內液面o 失重型投配進料系統，向SMD槽精確添加所需量之微粉化碳酸鈣，o 向失重型進料器供應微粉化碳酸鈣的漏斗，o 漿料進料泵，其將SMD槽中所產生之碳酸鈣懸浮液投配至2150L反應器， o 連接漿料進料泵與2150L反應器之投配軟管●氫氧化鎂投配系統，由以下組成：o 含有25%氫氧化鎂懸浮液之儲槽o 重要Gamma L計量泵o 從計量泵連接至漿料進料泵與2150L反應器之間的投配軟管(SMD系統的部分)的排放軟管o 鎂投配系統，其經配置使得氫氧化鎂投配至微粉化碳酸鈣懸浮液(16)中。
4.2 程序：
使用以下程序操作試驗：
1. 根據章節4.3提供之設置，用投配至槽中之水及碳酸鈣填充SMD槽以產生懸浮液S1。
2. SMD控制器置於自動模式以使得當自槽提取懸浮液時，水將持續補給於SMD槽中，且將持續投配碳酸鈣以確保產生具有章節4.3中所提供之濃度的恆定懸浮液。
3. 2150L反應器用含有5%微粉化碳酸鈣之懸浮液S1填充。微粉化碳酸鈣之技術細節提供於章節4.3中。
4. 封閉反應器之蓋子且確保密封。
5. 向鼓風機供能以進行運作，保持微粉化碳酸鈣處於懸浮液S1中。
6. 根據章節4.3中所提供之設置，將二氧化碳投配至鼓風機再循環迴路中。
7. 根據章節4.3中提供之設置，滲透泵在設定速度下操作以提供所需 流動速率且自反應器槽提取澄清溶液S2。
8. 以設定速度運作漿料進料泵以確保反應器槽內之液位保持恆定。
9. 根據章節4.3中提供之測試設置，氫氧化鎂投配泵設置成不同速度以將所需量之氫氧化鎂投配至製程中。
10. 藉由上述方法針對以下水品質分析由滲透泵提取的濃縮溶液S2之樣品：
a. 鹼度(以mg/l為單位)
b. 總硬度(以mg/l為單位)
c. 鎂硬度(以mg/l為單位)
d. 酸度(作為mg/l CO2)
e. pH值、電導率、溫度及濁度
4.3 測試設置
在試驗期間使用以下測試設置：
4.4 量測之結果
試驗1提供之結果(表8)顯示在無氫氧化鎂投配之情況下，可產生極穩定的濃縮溶液S2之鹼度。總硬度及鎂濃度亦產生穩定值。
試驗2提供之結果(表9)顯示30mg/l氫氧化鎂投配提供約10-14mg/l鎂。此如分子量為58.3g/mol之氫氧化鎂所預期，其中鎂為24.3g/mol，或此量之41.7%。
試驗3提供之結果(表10)顯示隨著實驗時程，全部值(特定言之鹼度及鎂濃度)均實現極穩定結果。對於此試驗，投配60mg/l氫氧 化鎂。此應理想地添加25mg/l Mg2+離子。此與證明自反應器提取之濃縮物料流中平均25.8mg/l鎂(在23.6-27.2mg/l鎂範圍內)之結果相符。結果亦概述於圖14中。
在所有情況下，量測到濃縮物料流之濁度為0.01 NTU。
結論：自此等試驗，可以推斷出已針對微粉化碳酸鈣之溶解開發的本發明方法亦可用於有效溶解鎂(以氫氧化鎂形式)。結果非常穩定，表明該方法亦可精確控制。此方法之優勢在於其在無非所需陰離子存在下產生沒有混濁之濃縮物料流。
總體而言，已顯示此方法提供當前製程之有成本效益的替代方案。此外，該方法可有效控制以投配所要量之鈣及(若需要)鎂。
(1)‧‧‧反應器槽
(2)‧‧‧浸沒膜(模組)
(3)‧‧‧產物儲槽
(4)‧‧‧二氧化碳注入
(5)‧‧‧再循環空氣
(6)‧‧‧再循環空氣之壓力量測
(7)‧‧‧反應器槽中之壓力量測
(8)‧‧‧水性溶液中之壓力量測
(9)‧‧‧水性溶液S2
(10)‧‧‧水性溶液之流量量測
(11)‧‧‧反應器槽中之水準量測
(12)‧‧‧水性溶液中之濁度量測
(13)‧‧‧使用投配螺旋進料器之碳酸鈣儲料倉
(14)‧‧‧製備碳酸鈣懸浮液之容器
(15)‧‧‧供應至製程之支流水
(16)‧‧‧微粉化碳酸鈣之懸浮液
(17)‧‧‧主要處理流
(17a)‧‧‧主要處理流之主分流
(17b)‧‧‧主要處理流之側分流
(18)‧‧‧摻合水物料流之pH值之量測
(19)‧‧‧摻合水物料流之電導率之量測
(20)‧‧‧Ca(OH)2之儲槽
(21)‧‧‧Ca(OH)2投配處理流
(22)‧‧‧最終水物料流之pH值量測
(23)‧‧‧最終水物料流之電導率量測
(24)‧‧‧最終處理之水物料流
(25)‧‧‧碳酸鈣投配螺旋進料器
圖1係關於適於進行根據本發明之通用製程的設施。
圖2係關於適於進行根據本發明之礦化製程的設施。
圖3係關於適於使用根據本發明之pH調整法進行礦化的設施。
圖4係關於僅包含主要處理流(17)之方法的示意性說明，且其中碳酸鈣投配至包含浸沒膜模組(2)的容器(1)中。
圖5係關於僅包含主要處理流(17)之方法的示意性說明，且其中碳酸鈣直接投配至主要處理流(17)中。
圖6係關於僅包含主要處理流(17)之方法的示意性說明，且其中碳酸鈣直接投配至用於製備碳酸鈣懸浮液的容器(14)中。
圖7係關於包含主要物料流的主分流(17a)及主要物料流之一個側分流(17b)的方法的示意性說明，其中碳酸鈣投配至用於製備碳酸鈣懸浮液之容器(14)中，該容器位於主要物料流之側分流(17b)中。
圖8係關於包含主要物料流的主分流(17a)及主要物料流之一個側分流(17b)的方法的示意性說明，其中碳酸鈣直接投配至主要物料流的側分流(17b)中。
圖9係關於主要物料流(17)及支流(15)之方法的示意性說明，其中碳酸鈣投配至包含浸沒膜模組(2)之容器(1)，該容器位於支流(15)中。
圖10係關於包含主要物料流(17)及支流(15)之方法的示意性說明，其中該包含浸沒膜模組(2)之容器(1)位於支流(15)中且碳酸鈣投配至支流(15)中。
圖11係關於包含主要物料流(17)及支流(15)之方法的示意性說明，其中包含浸沒膜模組(2)及再循環空氣(5)之容器(1)位於支流(15)中且碳酸鈣投配至用於製備碳酸鈣懸浮液(14)之容器中，該容器位於支流(15)中。該圖示進一步顯示Ca(OH)2投配處理流(21)。
圖12係關於包含主要物料流(17)及支流之主分流(15a)及支流之側分流(15b)的方法的示意性說明，其中碳酸鈣投配至用於製備碳酸鈣懸浮液之容器(14)中，該容器位於支流之側分流(15b)中。該圖示進一步顯 示包含浸沒膜模組(2)及再循環空氣(5)之容器(1)，該容器位於支流之主分流(15a)及Ca(OH)2投配處理流(21)中。
圖13係關於包含主要物料流(17)及支流之主分流(15a)及支流之側分流(15b)的方法的示意性說明，其中碳酸鈣直接投配至支流之側分流(15b)中。該圖示進一步顯示包含浸沒膜模組(2)及再循環空氣(5)之容器(1)，該容器位於支流之主分流(15a)及Ca(OH)2投配處理流(21)中。
圖14係關於試驗3-使用本發明方法之氫氧化鎂的溶解實例中產生的曲線結果。

Claims (26)

  1. 一種製備包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液的方法，其包含以下步驟：a)提供水；b)提供包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料；c)提供CO2或pKa值<5的酸；d)以任何順序組合步驟a)的該水與步驟b)的該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料及步驟c)的該CO2或酸，以獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽的水性懸浮液S1；e)藉由使步驟d)中獲得之該水性懸浮液S1穿過至少一個浸沒膜模組，過濾該水性懸浮液S1的至少一部分，以獲得包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2，其中該至少一個浸沒膜模組位於容器中。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟d)包含以下步驟：i1)組合步驟a)之該水與步驟c)之該CO2或酸，及i2)組合i1)之該混合物與步驟b)之該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料；或ii1)組合步驟a)之該水與步驟b)之該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料，及ii2)組合ii1)之該混合物與步驟c)之該CO2或酸。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中方法步驟d)及e)在同一容器中進行。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中方法步驟d)及e)在反應器槽中進行。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該至少一個浸沒膜模組的孔徑<1μm。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該至少一個浸沒膜模組的孔徑<0.1μm。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中空氣或製程流體在該至少一個浸沒膜之至少一部分表面上再循環。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中空氣或製程流體自該至少一個浸沒膜模組及/或容器的底部向頂部方向再循環。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中向該空氣或製程流體添加步驟c)之CO2或酸。
  10. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該容器密封且該容器之頂部的空氣用作饋料且在該容器之底部再引入。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該方法包含用水反洗該至少一個浸沒膜模組的另一步驟f)，視情況向該水中添加CO2或pKa值<5的酸。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中步驟b)之該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料選自由以下組成之群：沈澱碳酸鈣、改質碳酸鈣、經研磨碳酸鈣以及其混合物。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中步驟b)中之該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料為經研磨碳酸鈣。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中步驟b)之該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料為選自由以下組成之群的經研磨碳酸鈣：大理石、石灰石、白堊以及其混合物。
  15. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中步驟b)之該包含至少一種鹼土金屬碳酸鹽之材料以乾燥形式或水性懸浮液形式提供；及/或步驟d)中獲得的該至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽包含碳酸氫鈣。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽由碳酸氫鈣組成。
  17. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中步驟c)中提供之該酸的pKa值<4及/或該酸選自由以下組成之群：硫酸、鹽酸、硝酸或檸檬酸及/或其混合物。
  18. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中步驟e)中獲得之該包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液S2的鹼土金屬碳酸氫鹽形式之鹼土金屬濃度在20至1000mg/l範圍內；及/或pH值在6.1至8.9範圍內。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該水性溶液S2的鹼土金屬濃度在50至600mg/l範圍內。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該水性溶液S2的鹼土金屬濃度在80至400mg/l範圍內。
  21. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該水性溶液S2的pH值在6.5至8.5範圍內。
  22. 一種水礦化及/或穩定化之方法，該方法包含以下步驟：(i)提供待礦化之水，(ii)提供藉由如申請專利範圍第1項至第21項中任一項之方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液，(iii)組合步驟(i)之待礦化水與步驟(ii)之該包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽的水性溶液，獲得礦化水。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其包含向步驟(iii)之該礦化水添加鹼的另一步驟(iv)。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該鹼為氫氧化鈉或氫氧化鈣。
  25. 一種藉由如申請專利範圍第1項至第21項中任一項之方法獲得的包含至少一種鹼土金屬碳酸氫鹽之水性溶液之用途，其用於水礦化及/或穩定化或作為礦化水。
  26. 如申請專利範圍第25項之用途，其中該水為脫鹽水或天然軟水。
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