[发明专利]电渗析装置和方法

摘要

本发明公开了一种改进的使用电场和离子交换材料来去除水中离子以产生充分纯净的水的设备和操作方法，其中实施例包括一个或几个新特征：与去离子流的流向相反的盐水和电极流，用分层的离子交换材料填充盐水流，混合去离子流的流混合特征，除去气体的除气特征，按照本发明电渗析装置的螺旋盘绕实施例，以及按照本发明来确定电渗析系统优选运行电流的方法。

主权项

1.一种电渗析设备，其包括一个叠层组件，该叠层组件至少包括一个稀释层，至少一个浓缩层，至少一个电极层，至少一对电极，和使液体流入或流出所述叠层组件的入口和出口，所述的叠层组件还包括选自下组的一个或几个子系统：a)所述叠层组件中的歧管系统，其能使从所述叠层组件稀释层的流出物至少部分流过所述叠层组件中的浓缩层，其流动方向与所述稀释层中的流体流动方向大体相反；b)所述叠层组件内部的歧管系统，其能使从所述叠层组件稀释层的流出物至少部分流过所述叠层组件的至少一个电极层；c)浓缩层，其具有与阳离子交换膜并置的离子交换材料，以及与阴离子交换膜并置的离子交换材料，所述的与阳离子交换膜并置的离子交换材料大体上仅由阳离子交换材料构成，同时所述的与阴离子交换膜并置的离子交换材料大体上仅由阴离子交换材料构成，并且其中所述的离子交换材料不与所述的阴离子或阳离子膜组成整体，所述的离子交换材料可通过流经所述浓缩层渗透到液体主流；d)至少一个混合元件，其位于浓缩层隔离物中至少一个流动通道的至少一个边缘处或边缘上，用来使在所述边缘处的液流转向远离所述边缘；e)至少一个混合元件，其位于稀释层隔离物中至少一个流动通道的至少一个边缘处或边缘上，用于使所述边缘处的液流转向远离所述边缘；f)膜间隔离物，其包括一个或多个能使所述隔离物的流动通道中的气体从所述流动通道中排出的透气件，所述的透气件不能使液体从所述流动通道中排出；g)具有流动通道的浓缩层，其至少包括一个具有表面区域的筛网，所述筛网大体上仅在所述表面区域上包括一个离子交换功能区；h)具有流动通道的稀释层，其至少包括一个具有表面区域的筛网，所述筛网大体上仅在所述表面区域上包括一个离子交换功能区；i)一个根据Rprod和I/q(cin-cout)之间的关系来优化电流的电流调整系统，其中Rprod是所述叠层组件稀释层产物的电阻测量值，I是施加到所述叠层组件的电流的测量值，q是所述稀释层流量的测量值，cin 是供入所述稀释层的液体中单位体积电离的和/或可电离物质的测量值，cout是从所述稀释层流出的液体中单位体积电离的和/或可电离物质的测量值，使用在这种关系中任何拐点的测定，和一个叠层组件运行控制系统，控制所述叠层组件运行在一个或多个I/q(cin-cout)值处，该值使Rprod值大于所述拐点处的Rprod值；j)一个电流控制系统，其用来维持所述叠层组件稀释层中二氧化硅和/或硼酸的预定去除，所述的电流控制系统包括一个用来确定供入所述稀释层的离子负荷的测量系统，和一个响应于所述离子负荷的控制机构，控制所述电流在有效维持预定去除的水平；k)稀释层，其包括至少一个具有表面纹理的膜，该膜面向所述稀释层中至少一些稀释层的至少一个流动通道的至少一部分，与结构类似但不具有表面纹理的膜相比，所述的表面纹理有效地增加了所述膜的表面积；l)浓缩层，其包括至少一个具有表面纹理的膜，该膜面向所述层中至少一些层的至少一个流动通道的至少一部分，与结构类似但不具有表面纹理的膜相比，所述的表面纹理有效地增加了所述膜的表面积；m)稀释层，其包括至少一个具有表面纹理的膜，该膜面向所述稀释层中至少一些稀释层的至少一个流动通道的至少一部分，所述的表面纹理有效地与邻近膜相接触，所述邻近的膜具有或不具有表面纹理；n)浓缩层，其包括至少一个具有表面纹理的膜，该膜面向所述浓缩层中至少一些浓缩层的至少一个流动通道的至少一部分，所述的表面纹理有效地与邻近膜相接触，所述邻近的膜具有或不具有表面纹理；o)一个用于维持游离和化合二氧化碳在所述叠层组件稀释层中预定区域内去除的电流控制系统，其包括一个用于确定供入所述稀释层的离子负荷的测量系统和一个响应于所述离子负荷的控制机构，以便控制所述电流在一定水平上，从而有效地维持该预定区域内的去除。