[发明专利]脱盐

说明书

一种膜堆叠件，包括以下部件：(a)第一离子稀释室(D1)；(b)第二离子稀释室(D2)；(c)第一离子浓缩室(C1)；(d)第二离子浓缩室(C2)；以及(e)位于每个隔室之间并位于堆叠件的第一和最后一个隔室外侧上的膜壁(CEM1、mAEM、mCEM、AEM、CEM2)，其中：(i)每个膜壁包括阳离子交换膜(CEM1、mCEM、CEM2)或阴离子交换膜(mAEM、AEM)，且阳离子交换膜和阴离子交换膜的顺序是从每个壁到下一个壁交替；(ii)隔室(a)每侧上的膜壁(mAEM、mCEM)均比隔室(b)每侧上的相应膜壁(AEM、CEM2)具有更高的一价离子选择性；以及(iii)堆叠件还包括用于在隔室(a)和(b)之间传递流体的装置。

技术领域

本发明涉及膜堆叠件、电渗析单元、包括至少两个电渗析(ED)单元的设备以及一种脱盐方法。

背景技术

世界人口的不断增加、供水的减少以及干旱导致对淡水的需求增加。已知称为电渗析(“ED”)的方法用于转化含盐水并提供饮用水。该方法在盐水供应充足的沿海地区特别有用。第一批商用ED单元是在1950年代开发的。从那时起，离子交换膜的改进已经导致ED的显著进步。

ED单元通常包括一个或多个膜堆叠件。每个膜堆叠件包括阳极、阴极和供流体穿过的多个电池对。电池对包括离子稀释室和离子浓缩室。每个电池包括由带负电的阳离子交换膜制成的壁和由带正电的阴离子交换膜制成的壁。当进料流体通过电池并在电极上施加DC电压时，溶解的阳离子通过阳离子交换膜并朝向阴极，而溶解的阴离子则通过阴离子交换膜并朝向阳极。在去离子过程期间通常用冲洗液洗涤阴极和阳极。按此方式，最初存在于进料流体中的所述阳离子和阴离子(例如，Ca²⁺，Na⁺，SO₄^2-和 Cl^-)渗透穿过所述膜壁，留下脱盐水流(具有比原始进料流体更低的离子含量)并产生含有提高的离子水平的水流。因此，ED单元用于将海水或微咸水的进料流体转换成含有较低溶解盐含量的饮用水。典型的ED单元如图1所示。

WO2015004417(‘417)解决了当所述进料流体的离子强度非常不同时，如何在电渗析的早期阶段和晚期阶段实现有效脱盐的技术问题。‘417提出了将两个ED单元(ED1和ED2)串联起来的方式，每个单元包括交替的一对阳离子交换膜壁和阴离子交换膜壁，其中，所述第一堆叠件ED1中的所述离子交换膜的电阻低于所述第二堆叠件ED2中的所述离子交换膜的电阻。‘417方法在海水淡化的早期阶段实现了低电阻，在海水淡化的后期阶段实现了低透水性。

ED的一个问题是随着时间的推移，膜会因不溶性盐(比如，CaSO₄和 CaCO₃)的水垢积聚而阻塞。

已经开发了旨在减少水垢积聚的改进的ED方法，其有时被称为电渗析交换或简称EDM，如WO2004013048中所述。与传统的ED单元相比，传统的ED单元包括由“标准”阳离子交换膜和“标准”阴离子交换膜限定的离子稀释室和离子浓缩室的重复单元，而用在EDM中的ED单元则包括如图2所示的四个隔室和四个膜壁的重复单元。在EDM单元中使用的ED单元就像“肾脏”，通过离子之间的“交换”或“转换-配偶体”来去除盐，以将低溶解度盐(例如，CaSO₄)转化成更高溶解度的盐(例如，CaCl₂)，然后其不形成水垢并可像任何其他可溶性盐一样容易地从单元中除去。如图2 所示，可看出用在EDM中的堆叠件包括以下部件：

(a)离子稀释室(D1)；

(b)用于提供NaCl溶液的隔室；

(c)第一离子浓缩室(C1)；

(d)第二离子浓缩室(C2)；以及

(e)膜壁，位于每个隔室(AEM、CEM和mAEM)之间并位于所述堆叠件的所述第一和最后一个隔室(mCEM1和mCEM2)外侧上；

其中：