制備適用于水再礦化的碳酸氫鈣溶液的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及制備碳酸氨巧溶液的設(shè)備（installation)和運種設(shè)備用于連續(xù)制備 碳酸氨巧溶液的用途W(wǎng)及運種設(shè)備用于水再礦化的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 飲用水已變得缺乏。即使在水豐富的國家中，并非所有水源及膽水池均適合于生 產(chǎn)飲用水，且現(xiàn)今許多水源受到水質(zhì)急劇惡化的威脅。最初用于飲用目的的供料水主要為 地表水及地下水。然而，出于環(huán)境及經(jīng)濟的原因，處理海水、鹽水、微咸水、廢水及受污染的 流出水變得越來越重要。
[0003] 為了從海水或微咸水回收水（用于飲用），已知對于干旱地區(qū)、沿海地區(qū)及海島相 當重要的若干方法，且運些方法通常包括蒸饋、電解W及滲透或反滲透方法。由運些方法獲 得的水非常軟且由于缺乏抑緩沖鹽而具有低抑值，并且因此由運些方法獲得的水傾向于 具有高度反應(yīng)性，且除非進行處理，否則該水可在其于傳統(tǒng)管線中輸送期間產(chǎn)生嚴重腐蝕 的困難。此外，未經(jīng)處理的脫鹽水無法直接用作飲用水源。為了防止不希望的物質(zhì)在管線 系統(tǒng)中的溶解，為了避免例如管和閥的給水設(shè)備腐蝕并且為了使水可口，有必要再礦化水。
[0004] 主要用于再礦化水的傳統(tǒng)方法是通過二氧化碳和石灰石床過濾（也被稱作方解 石接觸器）的石灰溶解。其它較不常見的再礦化方法包括例如添加熟石灰和碳酸鋼、添加 硫酸巧和碳酸氨鋼或添加氯化巧和碳酸氨鋼。 陽〇化]該石灰法設(shè)及用c〇2酸化水處理石灰溶液，其中設(shè)及W下反應(yīng)：
[0006]
陽007]由W上反應(yīng)方案可W得出結(jié)論，需要兩個當量的C〇2將一個當量的化(0H)2轉(zhuǎn)化成Ca2+和碳酸氨根W用于再礦化。此方法取決于兩個當量C〇2的添加，W將堿性氨氧根離子轉(zhuǎn) 化成緩沖物種肥〇3。對于水的再礦化而言，由石灰乳（通常至多5%重量）制備通常稱為 石灰水的W總重量計0.1-0.2%重量的飽和氨氧化巧溶液。因此必須使用生產(chǎn)石灰水的飽 和器，且需要大體積的石灰水W實現(xiàn)再礦化的目標含量。此方法的另一缺陷在于熟石灰為 腐蝕性的且需要適當?shù)奶幚砑疤囟ㄔO(shè)備。此外，控制不當?shù)南蜍浰砑邮焓铱赡軙捎?石灰不具有緩沖性質(zhì)而導(dǎo)致不希望的抑變化。
[0008] 石灰石床過濾方法包括使軟水通過粒狀石灰石床W在水流中溶解碳酸巧的步驟。 根據(jù)W下反應(yīng)，使石灰石與C〇2酸化水接觸來礦化水：
[0009]
[0010] 不同于該石灰法，在化學(xué)計量上僅需要一個當量的C〇2即可將一個當量的化C03轉(zhuǎn) 化成Ca2義碳酸氨根W用于再礦化。此外，石灰石無腐蝕性，且歸因于化C03的緩沖性質(zhì)， 防止了較大的抑變化。
[0011] 相比于石灰，使用碳酸巧的一個額外優(yōu)點是碳酸巧的非常低的二氧化碳足跡。為 了生產(chǎn)一噸碳酸巧，放出75kg的〔化，而用于生產(chǎn)一噸石灰則放出750kgCA。因此，使用碳 酸巧代替石灰呈現(xiàn)一些環(huán)境益處。
[0012] 但是，粒狀碳酸巧的溶解速率緩慢，且導(dǎo)致運些石灰石床過濾系統(tǒng)所需的相當大 的足跡。
[0013] 用于使用石灰乳或石灰漿再礦化水的方法和系統(tǒng)被描述于US7, 374, 694及EP0 520 826中。US5, 914, 046描述了用于使用脈沖石灰石床W減小廢水排放的酸度的方法。
[0014] US7, 771，599描述一種在脫鹽系統(tǒng)中使工藝水再礦化的方法。該方法經(jīng)由氣體 轉(zhuǎn)移膜使二氧化碳氣體與海水或脫鹽工藝的濃縮液（鹽水）分離。經(jīng)分離的二氧化碳氣體 其后用于生產(chǎn)可溶性碳酸氨巧（Ca(肥〇3)2)。W0 2012/020056A1針對再礦化水的方法，其 包括提供給水及向該給水中注入氣態(tài)二氧化碳和漿料的步驟，其中該漿料包含微粉化碳酸 巧。W0 2010/023742A2描述了通過后加工（后處理）經(jīng)由蒸饋或反滲透使海水脫鹽而獲 得的脫鹽水來生產(chǎn)飲用水的方法和設(shè)備。該方法包括向脫鹽水過量供應(yīng)二氧化碳W吸收二 氧化碳的二氧化碳吸收工藝，使二氧化碳所吸附的脫鹽水穿過石灰石過濾器（其中填充石 灰石W形成巧離子和碳酸氨根離子）的再礦化工藝，W及向通過了再礦化工藝的脫鹽水供 應(yīng)空氣W排出二氧化碳及空氣從而獲得飲用水的二氧化碳排出工藝。W0 2012/113957A1 設(shè)及用于再礦化流體的方法，其中最終濁度被控制。該方法包括包含試劑投配、再礦化及過 濾的步驟。
[0015] 然而，所描述的裝置和方法具有再礦化水及尤其制備用于再礦化水的碳酸氨巧溶 液為時間依賴性且因此需要大的接觸槽或反應(yīng)器的缺點。
[0016] 鑒于前述內(nèi)容，改善水的再礦化仍為本領(lǐng)域技術(shù)人員所關(guān)注。尤其希望提供替代 或改進的系統(tǒng)用于制備碳酸氨巧濃縮溶液，其能夠W更加有效、經(jīng)濟且生態(tài)的方式制備且 尤其允許連續(xù)制備可用于水的再礦化的碳酸氨巧溶液（在水中溶解的碳酸巧），同時使用 較小的設(shè)備占用面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 前述及其它目標通過提供用于制備碳酸氨巧溶液的設(shè)備得W解決，該設(shè)備包括W 環(huán)形連通的
[0018] a)至少一個投配（dosing)單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口，
[0019] b)多批系統(tǒng)，包括
[0020] X)主批料線，其配備有至少一個入口和至少一個出口，該主批料線包括W環(huán)形連 通的
[0021] i)至少一個氣體投配入口，
[0022] ii)至少一個混合單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口，和 陽02引 iU)至少一個槽，其配備有至少一個入口和至少一個出口，化及
[0024]xi)至少一個從批料線，其配備有至少一個入口和至少一個出口，該至少一個從批 料線包括W環(huán)形連通的 陽0巧]i)至少一個氣體投配入口， 陽0%] ii)至少一個混合單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口，W及
[0027] iU)至少一個槽，其配備有至少一個入口和至少一個出口，化及
[0028] C)至少一個膜過濾單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口。
[0029] 如本文所用，術(shù)語"設(shè)備"是指一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個投配單元、多批系統(tǒng)W及至少一個膜過濾單元，它們彼此連接W確保環(huán)形連通。
[0030] 本發(fā)明中所用術(shù)語"[^環(huán)形連通（incircularcommunication)"是指相應(yīng)單元/ 系統(tǒng)W環(huán)狀系統(tǒng)彼此相連。因此，氣體或流體如懸浮液從一個單元/系統(tǒng)流至另一個單元 /系統(tǒng)是可能的；運種流動可借助于一個或多個中間（并且未明確提及或描述）的零件、設(shè) 施、裝置或其它制品如管道、管子和累來實現(xiàn)。
[0031] 如本發(fā)明中使用的術(shù)語"多批（multiplebatch)"系統(tǒng)是指W下運樣的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括至少兩個可彼此獨立操作的工藝線，即一個主批料線和一個或多個從批料線。但不 排除監(jiān)測和/或控制主批料線的參數(shù)，而不監(jiān)測和/或控制一個或多個從批料線的參數(shù)。 陽032] 如本發(fā)明中所使用，術(shù)語"再礦化（remineralization)"是指在僅含有少量礦物或 根本不含有礦物或含有不足量礦物的水中進行礦物的恢復(fù)，W獲得適口的水?？赏ㄟ^向待 處理的水中至少添加作為原料的特定碳酸巧來實現(xiàn)再礦化。任選地，例如，為獲得與健康相 關(guān)的益處W確保一些必需礦物和微量元素的適當攝取，可將另外的物質(zhì)混合進碳酸巧或與 碳酸巧混合，隨后在再礦化工藝過程中添加至水中。根據(jù)關(guān)于人類健康及飲用水質(zhì)量的國 家準則，經(jīng)再礦化的產(chǎn)品可包含含有儀、鐘或鋼的額外礦物如碳酸儀、硫酸儀、碳酸氨鐘、碳 酸氨鋼或者含有必需微量元素的其它礦物。
[0033] 本發(fā)明的發(fā)明人出人意料地發(fā)現(xiàn)，運種設(shè)備使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠W有效、經(jīng)濟 和生態(tài)的方式再礦化水。尤其是，本發(fā)明的發(fā)明人出人意料地發(fā)現(xiàn)，運種設(shè)備使本領(lǐng)域技術(shù) 人員能夠W連續(xù)方式制備可進一步用于水的再礦化的碳酸氨巧溶液。尤其是，運通過提供 至少一個投配單元結(jié)合多批系統(tǒng)而實現(xiàn)，該多批系統(tǒng)包括主批料線和至少一個從批料線W 及至少一個膜過濾單元，使得作為該設(shè)備的一部分的單個單元W環(huán)形連通方式連接。因而， 本發(fā)明設(shè)備使碳酸氨巧溶液的制備得W改進。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供在如本文所定義的設(shè)備用于制備碳酸氨巧溶液的用 途。優(yōu)選地，該設(shè)備用于連續(xù)制備碳酸氨巧溶液。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供如本文所定義的設(shè)備用于再礦化水的用途。優(yōu)選地， 要再礦化的水選自飲用水、休閑用水如用于游泳池的水、用于工藝應(yīng)用的工業(yè)用水、灌概用 水或用于蓄水層或水井補給的水。
[0036] 本發(fā)明的有利實施方案在相應(yīng)從屬權(quán)利要求中定義。
[0037] 當在下文中設(shè)及本發(fā)明設(shè)備的實施方案或技術(shù)細節(jié)時，應(yīng)理解運些實施方案或技 術(shù)細節(jié)也是指如本文所定義的設(shè)備的本發(fā)明用途，并且反之亦然（只要可適用）。例如，如 果指出本發(fā)明設(shè)備的該至少一個投配單元連接至水供給（watersupply)和用于固體物質(zhì) 的儲存容器，則本發(fā)明用途的該至少一個投配單元也連接至水供給和用于固體物質(zhì)的儲存 容器。
[0038] 將參考某些附圖設(shè)及特定的實施方案來描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此，而是 由權(quán)利要求書限定。除非另外說明，W下提出的術(shù)語通常W它們的常規(guī)含義理解。
[0039] 當在本說明書和權(quán)利要求書中使用術(shù)語"包括或包含（compriSing)"時，并 不排除其它未指出的功能重要性大或小的要素。對于本發(fā)明的目的，術(shù)語"由……構(gòu)成 (consistingof)"被認為是術(shù)語"包括或包含（comprisingof)"的實施方案。如果在下 文中定義一個組集（group)包括至少一定數(shù)目的實施方案，則運也被理解為公開了一個組 集，其優(yōu)選僅由運些實施方案構(gòu)成。 W40] 無論何處使用術(shù)語"包括或包含（including)"或者"具有化aving)"，運些術(shù)語被 認為等同于上述的"包括或包含（comprising)"。
[0041] 在談?wù)搯螖?shù)名詞時使用不定冠詞或定冠詞如"a"、"an"或"the"的情況下，運包括 了該名詞的復(fù)數(shù)，除非一些情況下另外具體指出。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，該至少一個投配單元連接至水供給和用于固體物質(zhì) 的儲存容器。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方案，該至少一個投配單元的該至少一個出口連接至主 批料線的至少一個入口并且該至少一個投配單元的至少一個出口連接至該至少一個從批 料線的至少一個入口。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的再一實施方案，主批料線的至少一個出口連接至該至少一個膜過濾 單元的至少一個入口并且該至少一個從批料線的至少一個出口連接至該至少一個膜過濾 單元的至少一個入口。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，該至少一個膜過濾單元的至少一個出口連接至該至 少一個投配單元的至少一個入口。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方案，該設(shè)備包括一個膜過濾單元。優(yōu)選地，主批料線的 至少一個出口和該至少一個從批料線的至少一個出口獨立地連接至該膜過濾單元的至少 一個入口。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的再一實施方案，該設(shè)備包括至少兩個膜過濾單元或膜過濾單元的總 數(shù)對應(yīng)于作為該多批系統(tǒng)的一部分的主批料線和從批料線的總數(shù)。優(yōu)選地，主批料線W及 該至少一個從批料線中的每一個獨立地連接至不同膜過濾單元。 W48] 根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，主批料線的該至少一個氣體投配入口連接至主批料 線的該至少一個混合單元的至少一個入口和/或該至少一個從批料線的該至少一個氣體 投配入口連接至該至少一個從批料線的該至少一個混合單元的至少一個入口。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方案，主批料線的該至少一個混合單元的至少一個出口 連接至主批料線的該至少一個槽的至少一個入口和/或該至少一個從批料線的該至少一 個混合單元的至少一個出口連接至該至少一個從批料線的該至少一個槽的至少一個入口。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的又一種實施方案，主批料線的該至少一個槽的至少一個出口連接至 主批料線的該至少一個氣體投配入口和/或該至少一個從批料線的該至少一個槽的至少 一個出口連接至該至少一個從批料線的至少一個氣體投配入口。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，至少一個出口位于主批料線的該至少一個混合單元 之后并且至少一個出口位于該至少一個從批料線的該至少一個混合單元之后。優(yōu)選地，主 批料線的該至少一個出口W及該至少一個從批料線的該至少一個出口獨立地連接至該至 少一個膜過濾單元的至少一個入口。
[0052] 現(xiàn)在將更詳細地描述本發(fā)明：
[0053] 因而，本發(fā)明提供用于制備碳酸氨巧溶液的設(shè)備，該設(shè)備包括W環(huán)形連通的
[0054]a)至少一個投配單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口， 陽05引b)多批系統(tǒng)，包括
[0056] xii)主批料線，其配備有至少一個入口和至少一個出口，該主批料線包括W環(huán)形 連通的
[0057] iv)至少一個氣體投配入口，
[0058] V)至少一個混合單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口，和
[0059] vi)至少一個槽，其配備有至少一個入口和至少一個出口，W及
[0060] xiii)至少一個從批料線，其配備有至少一個入口和至少一個出口，該至少一個從 批料線包括W環(huán)形連通的
[0061] iv)至少一個氣體投配入口，
[0062] V)至少一個混合單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口，W及 陽06引vU至少一個槽，其配備有至少一個入口和至少一個出口，化及
[0064]C)至少一個膜過濾單元，其配備有至少一個入口和至少一個出口。 陽0化]本發(fā)明設(shè)備適用于制備任何碳酸氨巧溶液。尤其是，本發(fā)明設(shè)備適用于連續(xù)制備 任何碳酸氨巧溶液。優(yōu)選地，本發(fā)明設(shè)備適用于制備適合用于水再礦化的任何碳酸氨巧溶 液。
[0066] 例如，可在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧溶液適合用于脫鹽水或天然軟水的再礦 化。
[0067] 可通過使用在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧溶液再礦化的水可來自各種來源。例 如，要再礦化的水選自飲用水、休閑用水如用于游泳池的水、用于工藝應(yīng)用的工業(yè)用水、灌 概用水或用于蓄水層或水井補給的水。額外地或者可另選地，要再礦化的水可選自蒸饋水、 脫鹽水如脫鹽海水、微咸水或鹽水、經(jīng)處理的廢水或天然水如地下水、地表水或降雨。
[0068] 可對通過使用在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧溶液再礦化的水進行預(yù)處理。例如 在水源自地表水、地下水或降雨的情況下，預(yù)處理可W是必要的。例如，為了實現(xiàn)飲用水準 貝1J，需要經(jīng)由使用化學(xué)或物理技術(shù)對水進行處理W移除污染物，例如有機物和不希望有的 礦物。例如，可使用臭氧化作為第一預(yù)處理步驟，隨后進行凝聚、絮凝或傾析作為第二處理 步驟。例如，鐵（III)鹽如化ClS〇4或化C!3,或侶鹽如AlC!3、Al2(S〇4)3或聚合侶可用作絮 凝劑。絮凝的物質(zhì)可例如借助于砂濾器或多層過濾器從水中移除?？捎糜陬A(yù)處理水的其它 水純化方法例如描述于EP1 975 310、EP1 982 759、EP1 974 807 或EP1 974 806 中。
[0069] 如果海水或微咸水通過使用在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧溶液再礦化，則海水 或微咸水首先通過開放海洋進水或諸如水井的地表下進水而用累抽出海，隨后經(jīng)歷諸如篩 選、沉淀或除砂方法的物理預(yù)處理。取決于所需的水質(zhì)，諸如凝聚和絮凝的額外處理步驟可 能是需要的，W減少膜上潛在的積垢。經(jīng)預(yù)處理的海水或微咸水然后可例如通過使用如下 方式蒸饋：多級閃蒸、多效蒸饋，或者諸如超濾或反滲透的膜過濾，W移除剩余的微粒和溶 解的物質(zhì)。
[0070] 要再礦化的水至少部分地與微粉化碳酸巧接觸，W便獲得通過使用本發(fā)明設(shè)備隨 后將轉(zhuǎn)化成碳酸氨巧溶液的碳酸巧水性懸浮液。獲得的碳酸氨巧溶液將進一步用于要再礦 化的水的主流的再礦化。運通過用要再礦化的水稀釋在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧濃縮 溶液來進行。
[0071] 優(yōu)選地，通過使用在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧溶液獲得的再礦化的水具有15 至 200mg/l、優(yōu)選 30 至 150mg/l且最優(yōu)選 100 至 125mg/l或 15 至lOOmg/1、優(yōu)選 20 至 80mg/ 1且最優(yōu)選40至60mg^的^碳酸巧表示的巧濃度。
[0072] 對于本發(fā)明的目的，"懸浮液（suspension)"或"漿料（slurry)"是指包含溶劑即 水性溶劑W及碳酸巧和/或碳酸氨巧粒子的系統(tǒng)，其中碳酸巧和/或碳酸氨巧粒子中的至 少一部分W不溶性固體存在于水性溶劑中。所述術(shù)語不排除碳酸巧和/或碳酸氨巧粒子中 的一部分溶解于水性溶劑中。在本發(fā)明的含義中，術(shù)語"溶液（solution)"是指包含水性溶 劑和碳酸巧和/或碳酸氨巧粒子的系統(tǒng)，其中碳酸巧和/或碳酸氨巧粒子溶解于水性溶劑 中。在本發(fā)明的含義中，術(shù)語"溶解的（dissolved)"是指其中在水性溶劑中觀察不到離散 的固體粒子的系統(tǒng)。
[0073] 不過，術(shù)語"水性溶劑（aqueoussolvent)"并不排除該水性溶劑包含少量的至少 一種水可混溶性溶劑。
[0074] 例如，該至少一種水可混溶性溶劑優(yōu)選選自甲醇、乙醇、丙酬、乙臘、四氨巧喃及其 混合物。 陽07引在本發(fā)明的一種實施方案中，基于水性溶劑的總重量計，水性溶劑包含至少80% 重量、優(yōu)選至少90%重量、更優(yōu)選至少95%重量、甚至更優(yōu)選至少99%重量的量的水。
[0076] 根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，通過使用在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧溶液獲得 的再礦化的水可進一步用少量氨氧化鋼處理W調(diào)節(jié)再礦化的水的最終抑值。
[0077] 根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，通過使用在本發(fā)明設(shè)備中制備的碳酸氨巧溶液獲 得的再礦化的水具有-1至2、優(yōu)選-0. 5至0. 5、最優(yōu)選-0. 2至0. 2的朗格利爾飽和指數(shù) 化angelierSaturationIndex)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，通過使用在本發(fā)明設(shè)備中 制備的碳酸氨巧溶液獲得的再礦化的水具有小于5、優(yōu)選小于4且最優(yōu)選小于3的渺塞密度 指