[发明专利]用于水处理的电渗析装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过电渗析的水处理，比如为了杀死微生物的处理，优选海水的处理，比如压舱水处理。

背景技术

压舱水是通过船在压舱水罐或有时在其他合适的空间，比如货舱或油舱中运输的水。将其在水“供体”位置处泵入罐以补偿随货物和/或燃料的卸载/消耗所带来的重心点的改变，并因此维持稳定性。正确压舱从结构观点方面是必要的，并且也用于性能原因以便确保适当的推进器和舵浸入，合适的桥梁考虑以及保持期望的船只移动和操作特性。压舱水运输至水“容纳”位置，其通常在船只装载货物的位置，其潜在地在压舱水源地的生物地理区域之外。随着货物在船上装载可排出压舱水。压舱水可寄生一系列物种，其包括浮游动物、浮游植物、细菌和病毒。在排出点可能没有这些物种的天敌，并且其可在新的位置定居并且繁殖，对环境、工业和人健康造成严重的问题。

期望处理水和尤其是压舱水以便杀死微生物或使微生物失活，并且减少或去除其他污染物。

WO2008/047084描述了压舱水处理的方法和装置，包括膜电池中电渗析的使用。该类型的电渗析是流体处理方法，其基于通过在由离子交换膜隔开的两个电极之间施加恒定的或脉冲的电势差造成的离子分离。一个电极将用作吸引阴离子的阳极(正电荷)而另一个将用作吸引阳离子的阴极(负电荷)。膜和阳极之间隔室中的流体的特征为具有过多电子的阴离子并且可被称为浓缩物，而膜和阴极之间隔室中的流体的特征为存在缺少电子的阳离子并且可称为淡水（diluate）。

在一些电渗方法中，多膜电池排列成称为电渗析堆栈(electrodialysis stack)的构造，交替的阴离子和阳离子交换膜形成多膜电池——通常在单个阳极和阴极之间。电渗析的已知应用是大规模的含盐水和海水淡化和产盐，和小规模和中等规模的饮用水生产。电渗析也用于处理工业，用于分离某些污染物比如重金属。

在WO2008/047084的公开内容中，如下处理压舱水：将一部分压舱水与主流分开，使其通过膜电池，和将膜电池的产物返回主流。返回的产物主要是浓缩物并且这具有使水中的微生物失活或杀死微生物的作用。仅仅引导一部分水通过电渗析处理装置并且将膜电池的产物返回水的概念代表本领域的发展，因为实现了有效的水处理，而不需要使全部的水流过电渗析处理装置。

因此，WO2008/047084的电渗析设备提供了用于水处理，比如压舱水处理的有利形式的电渗析处理。但是，与使用该类型电渗析处理来处理海水比如压舱水相关的进一步工作已经鉴定为可作出改进的区域。

发明内容

本申请的权利要求涉及下面的第十至第十二方面。下面阐释的其他本发明本文目前没有要求保护，并且包括它们以解释其它相关的发明。

从第一方面看，本发明提供电渗析装置，其包括：阴极、阳极、阴极和阳极之间的膜、用于沿着膜在阴极侧上水流动的阴极流动路程、用于沿着膜在阳极侧上水流动的阳极流动路程、和膜和阴极之间形成的其中阴极面向阳极的反应区，其中阴极流动路程布置为用于反应区中的层流，和其中电渗析装置包括流动调整元件，其布置为促进引入水流中的层流至阴极流动路程。

海水不完全是具有氯化钠的水溶液，而是包括其他盐和化合物，除了熟知的氯化钠和水反应之外，其还产生副反应。例如，镁盐可构成海水中盐的约3-4%。已经发现副反应之一在电渗析装置的阴极侧产生水镁石Mg(OH)₂。水镁石具有乳白色粘性物质的外观。出乎意料地，本发明人已经发现当使用标准海水时，电渗析过程在电渗析装置中形成该水镁石物质，并且该水镁石沉淀物积聚在内部流动通道中。该问题没有在已知的现有技术中公开。该方面的电渗析装置包括解决该新问题的特征。

典型地，常规的电渗析装置将寻求促进湍流和二次流，因为认为该混合过程帮助电渗析反应和加速离子运输通过膜。因此，常规上不使用层流和不在已知的设备中采取措施来确保在阴极侧上的层流。本布置基于下列认识：水镁石沉淀物是潜在的问题并且通过包括促进层流的结构，可避免水镁石的积聚。在常规的电渗析装置中，通过湍流和不均匀或二次流帮助水镁石沉淀物的形成。利用这些流动模式，形成循环水流的死角或死区，其中水镁石被截留。这使得水镁石凝聚或凝结和积聚成更大的沉淀物。