CN102066268B - 用浓度差能使盐水脱盐的方法、装置和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过利用浓度差能使盐水脱盐的方法和装置。为使含在产物室内的盐水脱盐，驱动电池被用以产生驱动电压。产物室具有脱盐电压，当向产物室施加足够的电压时，阴离子和阳离子将迁移出产物室，从而使水脱盐。包括驱动电压并等于或大于脱盐电压的足够电压被施加到产物室，因此实现脱盐。有利的是，浓度差能可用浓溶液产生，所述浓溶液可用例如太阳能产生。

Description

用浓度差能使盐水脱盐的方法、装置和设备
技术领域
本发明涉及一种使盐水脱盐的方法、装置和设备。更具体而言，本发明涉及一种通过利用由离子交换膜所分隔的两种不同溶质浓度的溶液之间存在的能量差使盐水脱盐的方法、装置和设备。 
背景技术
超过四分之一的地球人口没有足够的淡水获取。淡水获取的不足是有害的，因为其可能导致疾病和营养不良、限制农业发展和抑制经济增长。 
但与淡水相比，盐水是易于得到的。海水形式的盐水占地球上的水的约97％。但如果不对海水充分脱盐，则其不仅不可饮用而且不适用于农业。“脱盐”指自盐水移除阴离子和阳离子的过程。海水的盐浓度通常为约3.5质量％；也就是说，每升水约35克的溶解盐。相比之下，饮用水的盐浓度通常至多为约0.04％。 
现有技术中已知若干脱盐方法。一种目前最流行的方法是反渗透(“RO”)。RO涉及在高压下机械地迫使盐水通过螺旋形卷绕的半透膜。所述膜从盐水过滤盐。用RO过滤的盐水需要大量的预处理，这将增大RO的能量需要。当盐水的温度高于约30℃时(当盐水源为例如来自暖洋或发电厂出口的水时可能就是这种情况)，RO还面临性能问题。 
脱盐的其他方法有多效蒸馏(“MED”)或多级闪蒸(“MSF”)。MED和MSF通过一系列多级反复蒸发和浓缩盐水使盐水脱盐。MED和MSF过程的能源通常是低压蒸汽。MED和MSF过程的主要缺点在于，这些过程将消耗大量的热能，消耗的热能通常比RO所用的电能高一个数量级。 
脱盐的另一方法是电渗析(“ED”)。ED通过其中溶解盐离子在外加电位的影响下从进料流经离子交换膜转移向浓缩流的分离过程实现脱盐。这样的离子移动通常用ED堆进行，ED堆用交替布置的离子交换膜构建，进料流和浓缩流在所述膜间流动。伴随ED的一个问题是，在海水脱盐时，其消耗的能量比RO多，且这类能源完全呈外加电位的形式。除了能量消耗相关问题外，还需要直流电源或由交流电源产生直流电的整流器形式的电气硬件。伴随ED的第二个问题是，通常，由于外加电位的幅度，电压梯度将使盐离子不仅如预期的那样迁移通过离子交换膜而且还通过ED堆中使用的歧管。这将导致循环的离子电流的损失而降低ED效率。 
因此，需要一种改进现有技术的盐水脱盐的方法和装置。 
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于盐水脱盐系统的装置。所述装置包括多个驱动电池以产生驱动电压，各个驱动电池具有容纳第一离子浓度的稀液的稀液室、容纳高于第一离子浓度的第二离子浓度的浓液的浓液室，阳离子和阴离子交换膜中之一在稀液室和浓液室间形成共用的边界并与稀液室和浓液室离子连通，阳离子和阴离子交换膜中的另一个在各个驱动电池和相邻的驱动电池间形成共用的边界并与所述各个驱动电池和相邻的驱动电池离子连通。所述装置还包括产物室阴离子交换膜、产物室阳离子交换膜和容纳待脱盐的盐水的产物室。产物室在一侧上以产物室阴离子交换膜为界并与产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜为界并与产物室阳离子交换膜离子连通。产物室经由产物室阴离子或阳离子交换膜与所述多个驱动电池离子连通。所述装置还包括具有稀液、浓液和产物歧管的歧管组件，所述稀液、浓液和产物歧管分别配置为向稀液室传送稀液和使其离开、向浓液室传送浓液和使其离开以及向产物室传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开产物室。 
所述装置还可包括分别限定稀液室、浓液室和产物室中每一个的稀液室垫片、浓液室垫片和产物室垫片。稀液室垫片、浓液室垫片和产物室垫片中每一个中均可含隔离物以保持阳离子和阴离子交换膜的分离。 
稀液、浓液和产物歧管可分别包括稀液供给导管和稀液离开导管、浓液供给导管和浓液离开导管、以及生产进料供给导管和产物离开导管，其各贯穿稀液、浓液和产物垫片。稀液歧管可具有在稀液室垫片中流体地联接稀液供给导管与稀液室的入口凹槽以及在稀液室垫片中流体地联接稀液离开导管与稀液室的出口凹槽。类似地，浓液歧管可具有在浓液室垫片中流体地联接浓液供给导管与浓液室的入口凹槽以及在浓液室垫片中流体地联接浓液离开导管与浓液室的出口凹槽，产物歧管可具有在产物室垫片中流体地联接生产进料供给导管与产物室的入口凹槽以及在产物室垫片中流体地联接产物离开导管与产物室的出口凹槽。 
所述盐水脱盐的装置还可具有阴离子释放室和阳离子释放室，其分别通过产物室阴离子交换膜和产物室阳离子交换膜与产物室离子连通。 
所述装置还可包括容纳电解质的阳极和阴极电解质室；阳极和阴极堆端部离子交换膜，阳极和阴极电解质室分别通过所述阳极和阴极堆端部离子交换膜与所述多个驱动电池和产物室离子连通；及阳极和阴极。阳极电解质室在一侧上可以阳极堆端部离子交换膜为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上可以阳极为界并与阳极电连通。类似地，阴极电解质室在一侧上可以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上可以阴极为界并与阴极电连通。 
所述多个驱动电池、产物室、阴离子释放室和阳离子释放室可布置为环形。或者，所述多个驱动电池、产物室、阴离子释放室和阳离子释放室可以螺旋形状卷绕。 
此外，可在阳极和阴极之间提供电联接的电压源或电负载中一者或二者。 
阳极和阴极可各具有其上有涂层的基体。基体可由选自钛、铌、钽、铱、钯、钢、不锈钢、镍和石墨的材料组成，涂层可由选自铂、钌、铱及包含铂、钌和铱的合金的材料组成。 
所述装置还可包括流体地联接阳极电解质室与阴极电解质室的电解质室流体导管；和与电解质室流体导管流体连通的泵，所述泵配置为从阳极和阴极电解质室中的一个向所述电解质室中的另一个泵送电解质以便在阳极和阴极电解质室中的一个中形成的电化学反应副产物可在另一电解质室中用作反应物。 
阳极和阴极可为彼此气体连通的气体扩散电极以便在阳极或阴极中的一个处产生的气体可流通到阳极或阴极中的另一个处。 
所述盐水脱盐的装置还可包括容纳电解质的第一和第二电解质室；第一和第二离子交换膜，所述第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与所述多个驱动电池和产物室离子连通；和多孔的第一和第二端板。第一电解质室在一侧上可以多孔的第一端板为界并与多孔的第一端板离子连通，在另一侧上可以第一离子交换膜为界并与第一离子交换膜离子连通。类似地，第二电解质室在一侧上可以多孔的第二端板为界并与多孔的第二端板离子连通，在另一侧上可以第二离子交换膜为界并与第二离子交换膜离子连通。所述装置可被密封为使当装置被浸没在导电浴内时离 子电流在导电浴中分别通过多孔的第一和第二端板在第一和第二电解质室间流动。 
所述装置还可包括容纳电解质的第一和第二电解质室；第一和第二离子交换膜，所述第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与所述多个驱动电池和产物室离子连通；第一和第二端板，所述第一电解质室在一侧上以第一端板为界并与第一端板离子连通，在另一侧上以第一离子交换膜为界并与第一离子交换膜离子连通，所述第二电解质室在一侧上以多孔的第二端板为界并与多孔的第二端板离子连通，在另一侧上以第二离子交换膜为界并与第二离子交换膜离子连通；流体地联接第一电解质室与第二电解质室的电解质室流体导管；和与电解质室流体导管流体连通的泵，所述泵配置为从第一和第二电解质室中的一个向所述电解质室中的另一个泵送电解质。 
根据本发明另一方面，提供一种用于盐水脱盐系统的装置。所述装置包括配置为接收第一离子浓度的稀液、高于第一离子浓度的第二离子浓度的浓液和待脱盐的盐水的堆。所述堆具有：多个驱动电池，各个驱动电池包括稀液/浓液室、浓液/稀液室，阳离子和阴离子交换膜中的一个在稀液/浓液室和浓液/稀液室间形成共用的边界并与稀液/浓液室和浓液/稀液室离子连通，阳离子和阴离子交换膜中的另一个在各个驱动电池和相邻的驱动电池间形成共用的边界并与各个驱动电池和相邻的驱动电池离子连通；产物/稀液室阴离子交换膜和产物/稀液室阳离子交换膜；在一侧上以产物/稀液室阴离子交换膜为界并与产物/稀液室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以产物/稀液室阳离子交换膜为界并与产物/稀液室阳离子交换膜离子连通的产物/稀液室，产物/稀液室经由产物/稀液室阴离子或阳离子交换膜与驱动电池离子连通；稀液/产物室阴离子交换膜和稀液/产物室阳离子交换膜；在一侧上以稀液/产物室阴离子交换膜为界并与稀液/产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以稀液/产物室阳离子交换膜为界并与稀液/产物室阳离子交换膜离子连通的稀液/产物室，稀液/产物室经由稀液/产物室阴离子或阳离子交换膜与驱动电池离子连通；和包含稀液/浓液歧管、浓液/稀液歧管、产物/稀液歧管和稀液/产物歧管的歧管组件，当装置以正极性运行时，所述歧管分别配置为向稀液/浓液和稀液/产物室传送稀液和使其离开、向浓液/稀液室传送浓液和使其离开、以及向产物/稀液室传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开产物/稀液室，而当装置以反极性运行时，所述歧管分别配置为向浓液/稀液和产物/稀液室传送稀液和使其离开、向稀液/浓液室传送浓液和使其离开、以及向稀液/产物室传送待 脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开稀液/产物室。 
所述装置还可包括分别限定各个稀液/浓液室、浓液/稀液室、产物/稀液室和稀液/产物室的稀液/浓液室垫片、浓液/稀液室垫片、产物/稀液室垫片和稀液/产物室垫片。各稀液/浓液室、浓液/稀液室及产物/稀液室垫片中均可含隔离物以保持阳离子和阴离子交换膜的分离。 
稀液/浓液、浓液/稀液、产物/稀液和稀液/产物歧管可分别包括稀液/浓液供给导管和稀液/浓液离开导管、浓液/稀液供给导管和浓液/稀液离开导管、产物/稀液供给导管和产物/稀液离开导管、及稀液/产物供给导管和稀液/产物离开导管，其各延伸穿过稀液/浓液垫片、浓液/稀液垫片、产物/稀液垫片和稀液/产物垫片。稀液/浓液歧管可具有在稀液/浓液室垫片中流体地联接稀液/浓液供给导管与稀液/浓液室的入口凹槽以及在稀液/浓液室垫片中流体地联接稀液/浓液离开导管与稀液/浓液室的出口凹槽。类似地，浓液/稀液歧管可具有在浓液/稀液室垫片中流体地联接浓液/稀液供给导管与浓液/稀液室的入口凹槽以及在浓液/稀液室垫片中流体地联接浓液/稀液离开导管与浓液/稀液室的出口凹槽；产物/稀液歧管还具有在产物/稀液室垫片中流体地联接产物/稀液供给导管与产物/稀液室的入口凹槽以及在产物/稀液室垫片中流体地联接产物/稀液离开导管与产物/稀液室的出口凹槽；稀液/产物歧管还具有在稀液/产物室垫片中流体地联接稀液/产物供给导管与稀液/产物室的入口凹槽以及在稀液/产物室垫片中流体地联接稀液/产物离开导管与稀液/产物室的出口凹槽。 
所述装置还可包括容纳电解质的第一和第二电解质室；第一和第二堆端部离子交换膜，第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与稀液/浓液、浓液/稀液、产物/稀液和稀液/产物室离子连通；及第一和第二电极。第一电解质室在一侧上可以第一堆端部离子交换膜为界并与第一堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上可以第一电极为界并与第一电极电连通。第二电解质室在一侧上可以第二堆端部离子交换膜为界并与第二堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上可以第二电极为界并与第二电极电连通。 
第一和第二电极可各具有其上有涂层的基体。基体可由选自钛、铌、钽、铱、钯、钢、不锈钢、镍和石墨的材料组成，涂层可由选自铂、钌、铱及包含铂、钌和铱的合金的材料组成。 
根据本发明的再一方面，提供了一种盐水脱盐的设备。所述设备可包括盐水脱盐系统，该盐水脱盐系统包括任何前述盐水脱盐的装置；配置为 从离开装置的稀液来移除水以生成浓液的第一再浓缩器；和用于贮留浓液的与第一再浓缩器和浓液室二者流体连通的浓液贮存器。 
所述设备还可具有用于贮留待脱盐的盐水的与产物室流体连通的盐水贮存器；用于贮留稀液的与驱动电池流体连通的稀液贮存器；和用于贮存经脱盐的盐水的与产物室流体连通的产物贮存器。 
此外，所述设备还可具有预处理中心，该预处理中心与盐水贮存器流体联接以在盐水进入盐水贮存器之前处理待脱盐的盐水。 
所述设备还可包括与浓液贮存器和所述装置流体连通的第二再浓缩器，所述第二再浓缩器配置为从离开所述装置的浓液移除水。 
所述预处理中心可与稀液贮存器流体联接以在稀液进入稀液贮存器之前处理稀液。 
第一和第二再浓缩器中的一者或二者可选自蒸发池、蒸发喷淋池、自然通风蒸发塔和强制通风蒸发塔。此外，所述设备还可包括与第一和第二再浓缩器中的一者或二者流体联接的换热器，以从热源向第一和第二再浓缩器中的一者或二者传热。 
根据本发明的再一方面，提供了一种盐水脱盐的方法。所述方法包括通过以下步骤产生驱动电压：使第一离子浓度的稀液流经稀液室；和使第二离子浓度的浓液流经浓液室，所述第二离子浓度高于所述第一离子浓度，所述浓液室和稀液室形成驱动电池并且共用阳离子和阴离子交换膜中之一，使得阴离子或阳离子通过所述交换膜从浓液室流向稀液室；所述方法还包括在产物室上施加包括所述驱动电压的足够的电压，待脱盐的盐水流经所述产物室并且所述产物室与所述驱动电池离子连通，所述产物室在一侧上以产物室阴离子交换膜为界并与产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜为界并与产物室阳离子交换膜离子连通，所述足够的电压等于或大于所述产物室的脱盐电压，使得阳离子和阴离子分别从盐水迁移通过所述产物室阳离子和阴离子交换膜。一个或更多个驱动电池可用于产生驱动电压。 
离开所述产物室的盐水可以具有低于离开所述稀液室的稀液的离子浓度。 
所述方法可还包括使离子浓度高于或等于待脱盐的盐水的离子浓度的溶液流经阴离子和阳离子释放室，所述阴离子和阳离子释放室分别经由产物室阴离子交换膜和产物室阳离子交换膜与产物室离子连通。 
稀液可为流经阴离子和阳离子释放室的溶液。此外，稀液和待脱盐的盐水可相同。稀液和浓液也可均为盐水。所述浓液的盐浓度大于所述稀液的盐浓度。 
驱动电压可等于或高于脱盐电压。在这样的情况下，可不施加任何外电压即实现脱盐。 
所述方法可还包括使电解质流经阳极和阴极电解质室，所述阳极电解质室在第一侧上以阳极堆端部离子交换膜为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阳极为界并与阳极电连通，所述阴极电解质室在第一侧上以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阴极为界并与阴极电连通，所述阳极和阴极电解质室分别经由阳极和阴极堆端部离子交换膜与产物室离子连通，所述阳极和阴极彼此电连通以便电子自阳极流向阴极。 
稀液和浓液可以逆流方向分别流经稀液和浓液室。 
所述方法可还包括使待脱盐的盐水流经与驱动电池串联地离子连通的初始脱盐段，所述初始脱盐段包括在一侧上以初始段产物室阴离子交换膜为界并与初始段产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以初始段产物室阳离子交换膜为界并与初始段产物室阳离子交换膜离子连通的初始段产物室，所述初始段产物室具有脱盐电压，当向初始段产物室施加超过所述脱盐电压的电压时，阳离子和阴离子将分别从盐水迁移通过初始段产物室阳离子和阴离子交换膜；使待脱盐的盐水流经后续脱盐段，所述后续脱盐段与驱动电池串联地离子连通，所述后续脱盐段包括在第一侧上以后续段产物室阴离子交换膜为界并与后续段产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以后续段产物室阳离子交换膜为界并与后续段产物室阳离子交换膜离子连通的后续脱盐段产物室，所述后续段产物室具有脱盐电压，当向后续段产物室施加超过所述脱盐电压的电压时，阳离子和阴离子将分别从盐水迁移通过后续段产物室阳离子和阴离子交换膜，待脱盐的盐水流经所述初始段和后续段产物室；和在所述初始和后续段产物室上施加足够的电压，所述足够的电压包括驱动电压并大于或等于初始和后续段产物室的脱盐电压之和。 
初始段和后续段产物室中的一者或二者可包括多个产物室，且使待脱盐的盐水流经初始和后续脱盐段可包括使待脱盐的盐水平行地流经任何给定段的多个产物室。 
阳极和阴极上的外电压也可通过使用阳极和阴极间电联接的电压源施加。当驱动电压高于脱盐电压时，阳极和阴极间电联接的电负载可被接通。 
电解质可具有钠、钙、镁或钾阳离子，阳极和阴极离子交换膜可均为阳离子交换膜。或者，电解质可具有氯、硫酸根或溴阴离子，阳极和阴极离子交换膜可均为阴离子交换膜。 
电解质可选自Na2SO4、NaCl、NaOH、HCl、Na3Fe(CN)6、Na2S4O6、Na2S2O3、Na4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6、K4Fe(CN)6、Na2S2O3、NH4Cl、NH4、Na2Cr2O7和CrCl3。 
所述方法可还包括从阳极和阴极电解质室中的一个向阳极和阴极电解质室中的另一个泵送电解质以便在阳极和阴极电解质室中的一个中形成的电化学反应副产物可在另一电解质室中用作反应物。 
此外，所述方法可还包括使浓液流经第一和第二电解质室，所述第一电解质室在一侧上以第一离子交换膜为界并与第一离子交换膜离子连通而在另一侧上以多孔的第一端板为界并与多孔的第一端板离子连通，所述第二电解质室在第一侧上以第二离子交换膜为界并与第二离子交换膜离子连通而在另一侧上以多孔的第二端板为界并与多孔的第二端板离子连通，所述第一和第二电解质室分别经由第一和第二离子交换膜与产物室离子连通；和将所述多孔的第一和第二端板浸没在导电浴内以便离子电流在导电浴与多孔的第一和第二端板间流动。 
本发明的一个优势在于，依靠由稀液和浓液间的浓度差产生的驱动电压实现脱盐，可使用太阳能或其他形式易于得到的低温能(如来自发电厂的废热)来产生用来产生驱动电压的浓溶液。因此，否则将被浪费的能量可用来产生浓液和实现脱盐，从而实现比现有技术脱盐方法和措施更节电的脱盐。这是特别有利的，因为干旱的气候条件伴随大量可利用的太阳能，而在这样的条件下也很可能需要脱盐。 
本发明的另一优势在于，由于使用驱动电池来产生驱动电压，故无需外电源，这可降低实施本发明的方法及运行本发明的装置和设备所伴随的资金成本。 
与ED相比，本发明的又一优势在于，电压梯度不会聚集得像ED堆那样的程度，因此通过堆歧管发生的离子迁移将比ED堆中可能发生的少。这将使本发明中循环的离子电流的损失比ED少。 
与RO相比，本发明的方法的又一优势在于，当超过约30℃的温盐水脱盐时，其性能基本不受不利影响，且其需要的预处理较少，因为不迫使水通过可能污染的半透膜。 
根据本发明的再一方面，提供了一种盐水脱盐的方法。所述方法包括通过下列步骤利用相互离子连通的多个驱动电池来产生驱动电压：使第一离子浓度的稀液流过各驱动电池的稀液室；(ii)使第二离子浓度的浓液流过各驱动电池的浓液室，所述第二离子浓度大于所述第一离子浓度，各驱动电池的所述浓液室和稀液室共用阴离子交换膜和阳离子交换膜中之一，使得阴离子或阳离子通过所述交换膜从所述浓液室流向稀液室。所述方法还包括在产物室上施加驱动电压，待脱盐的盐水流经所述产物室并且所述产物室与所述驱动电池离子连通，所述产物室在一侧上以产物室阴离子交换膜为界并与产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜为界并与产物室阳离子交换膜离子连通，其中所述驱动电压等于或大于所述产物室的脱盐电压，使得阳离子和阴离子分别从盐水迁移通过所述产物室阳离子和阴离子交换膜。离开所述产物室的盐水具有低于离开所述稀液室的稀液的离子浓度。 
所述的方法可以还包括使离子浓度高于或等于待脱盐的盐水的溶液流经阴离子和阳离子释放室，所述阴离子和阳离子释放室分别经由所述产物室阴离子交换膜和所述产物室阳离子交换膜与所述产物室离子连通。 
附图说明
所述稀液和所述待脱盐的盐水可以相同。 
所述稀液和所述浓液可以均为盐水，所述浓液的盐浓度大于所述稀液的盐浓度。 
所述方法可以还包括使电解质流经阳极和阴极电解质室，所述阳极电解质室在第一侧上以阳极堆端部离子交换膜为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阳极为界并与阳极电连通，所述阴极电解质室在第一侧上以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阴极为界并与阴极电连通，所述阳极和阴极电解质室分别经由所述阳极和阴极堆端部离子交换膜与所述产物室离子连通，所述阳极和阴极彼此电连通以便电子从所述阳极流向所述阴极。 
所述稀液可以是流经所述阴离子和阳离子释放室的溶液。 
所述稀液和所述浓液可以以逆流方向分别流经所述稀液室和所述浓液室。 
本发明的装置的优势包括其制造简易性、耐久性和坚固性。 
本发明的装置的另一优势在于通过在比可比RO系统低的压力下运行装置盐水脱盐的能力，这将使用来制造本发明的装置的部件的成本比RO系统的低，RO系统将引入价格昂贵的合金和不锈钢及其他高压部件。 
图1为根据第一实施方案的盐水脱盐渗析堆的示意图，其中所述堆以“正极性”运行； 
图2为根据第二实施方案的盐水脱盐渗析堆的示意图，其中所述渗析堆以“反极性”运行； 
图3为根据第三实施方案的盐水脱盐渗析堆的示意图，其中所述渗析堆使用气体扩散电极采用电解质再循环； 
图4为根据第四实施方案的盐水脱盐渗析堆的示意图，其中所述渗析堆配置为浸没在导电浴内； 
图5为盐水脱盐的电池的环形渗析布置的示意图； 
图6为盐水脱盐的电池的螺旋形渗析布置的示意图； 
图7(a)和(c)分别为单极渗析堆的截面图和分解图，其中示意说明了渗析堆内各种流体室和歧管的装配。图7(b)为限定渗析堆内所含各种流体室的垫片的正视图； 
图8(a)-(c)分别为可以正和反极性运行的双极渗析堆的示意图、分解图和透视图，其中示意说明了流体室、歧管和阀门的装配； 
图9(a)和(b)为根据再一实施方案的盐水脱盐渗析堆的示意图，其中所述渗析堆具有多个脱盐段； 
图10为可用来连续地使盐水脱盐的设备的示意图； 
图11为可用来使离散批量的盐水脱盐的设备的示意图； 
图12为蒸发喷淋池的示意图； 
图13为自然通风蒸发塔的示意图；和 
图14为强制通风蒸发塔的示意图。 
具体实施方式
仅溶解在其中的溶质浓度不同的两种离子溶液具有不同量的化学能。该化学能差异在后文中称为“浓度差能”。例如，当等体积的盐水和淡水溶液被置于相邻的室中并仅由可透过水而不可透过离子的膜彼此分隔时，浓度差能将使水自淡水容器流进盐水容器中并在盐水容器中产生压力。 
类似地，当等体积的盐水和淡水溶液被置于相邻的室中并仅由可透过离子而不可透过水的膜彼此分隔时，浓度差能将在两个室间造成电压差。可透过离子而不可透过水的膜在后文中称为“离子交换膜”。单极性离子交换膜包括“阳离子交换膜”和“阴离子交换膜”。阳离子和阴离子交换膜分别为仅允许阳离子(荷正电的离子)和阴离子(荷负电的离子)通过的膜。示例性的阳离子交换膜包括Neosepta CMX、CM-1；Ralex CMH-PES；Fumasep FKE、FKD；和Selemion CMV膜。示例性的阴离子交换膜包括Neosepta AM-1、AFN、AMX；Ralex AMH-PES；Fumasep FAD；和Selemion DVS、APS膜。 
为了盐水脱盐，盐水中的至少一些阳离子(主要是Na+)和阴离子(主要是Cl-)需要自盐水移除。移除这些离子需要能量。 
本文中描述的实施方案利用浓度差能来帮助自盐水移除阳离子和阴离子，从而使盐水脱盐。 
现在看图1，其中示意了盐水脱盐的渗析堆101的示意图。渗析堆101由一系列分别交替的浓液和稀液室110和112组成。流经各个稀液室112的是第一离子浓度的溶液(“稀液”)，流经各个浓液室110的是第二离子浓度的溶液(“浓液”)，第二离子浓度高于第一离子浓度。稀液可分别经由稀液供给和离开导管104和132进入和离开稀液室112。浓液可分别经由浓液供给和离开导管102和130进入和离开浓液室110。相邻的稀液和浓液室112、110分别由阳离子和阴离子交换膜120和122中之一彼此分隔。位于图1的实施方案中的是待脱盐的盐水(“生产进料”)将流经的产物室118。已经过产物室118并已从其移除至少一些阴离子和阳离子的生产进料在本文中称为“产物”。生产进料可经由生产进料供给导管106进入产物室118，所产生的产物经由产物离开导管134离开产物室118。生产进料 和稀液可均为盐浓度为约3.5质量％的盐水，而浓液可为盐浓度为约15质量％-28质量％的高浓盐水。或者，稀液可为盐浓度为约3.5质量％到约6质量％的略浓盐水。浓液的盐浓度必须高于稀液的盐浓度并可高到浓液中存在的盐在水中的溶解度极限。可产生这种高浓盐水的方式将在下面结合图10-14更详细地讨论。 
在图1所示的实施方案中，各对室140、142、144、146、148(均为“驱动电池”)由一个稀液室112和一个浓液室110组成，稀液和浓液室112、110由一个阴离子交换膜122彼此分隔并与阴离子交换膜122离子连通。如上面所讨论的，浓液和稀液间存在的浓度差能将使驱动电池产生电压(“驱动电压”)。在其中浓液为约18质量％的氯化钠水溶液而稀液为约3.5质量％的氯化钠水溶液的实施方案中，各个驱动电池的理论驱动电压为约0.04伏。 
在图1中，阴离子交换膜122在任何给定的驱动电池的稀液和浓液室112、110间形成共用的边界并与任何给定的驱动电池的稀液和浓液室112、110离子连通，而阳离子交换膜120在任何给定的驱动电池和相邻的驱动电池间形成共用的边界并与任何给定的驱动电池和相邻的驱动电池离子连通(参见例如驱动电池148，其在其稀液和浓液室112、110间具有阴离子交换膜122而在驱动电池148的浓液室110与相邻驱动电池146的稀液室112间具有阳离子交换膜120)。当室充满流体时将与含在室内的流体接触的阳离子或阴离子交换膜120或122被称为是该室的“边界”并因此也与该室离子连通。 
各个驱动电池由一个阳离子交换膜120与相邻的驱动电池分开。由于离子交换膜120、122允许离子从浓液室向稀液室流动，故驱动电池140、142、144、146、148彼此离子连通。一组彼此离子连通的驱动电池产生的驱动电压等于该系列驱动电池中每一个所产生的电压的和。因此，驱动电池140、142、144、146、148产生的总驱动电压为约0.20伏。 
渗析堆101还含脱盐电池150，其由一个稀液室112和产物室118组成。产物室118在一侧上以一个阴离子交换膜122(“产物室阴离子交换膜”154)为界并与所述阴离子交换膜122离子连通，在另一侧上以一个阳离子交换膜120(“产物室阳离子交换膜”152)为界并与所述阳离子交换膜122离子连通。通过产物室阴离子交换膜154与产物室118分开并与产物室阴离子交换膜154离子连通的稀液室112在后文中称为“阴离子释放室”162。通过产物室阳离子交换膜152与产物室118分开并与产物室阳离子 交换膜152离子连通的稀液室112在后文中称为“阳离子释放室”160。产物室118在一侧上经由产物室阳离子交换膜152、在另一侧上经由产物室阴离子交换膜154而与驱动电池离子连通。流经产物室118的是待脱盐的盐水。通常，生产进料在其进入渗析堆101时的盐浓度低于或等于与产物室118相邻的室中的溶液浓度。 
为使生产进料脱盐，须在产物室118上施加一定的电压(“脱盐电压”)。在所示的实施方案中，为了使生产进料脱盐至所得产物盐浓度为约0.04重量％以致生产进料中的阴离子和阳离子从产物室118被驱赶到含约3.5重量％盐稀液的相邻稀液室112中，脱盐电压为约0.088伏。 
当在产物室118上施加了高于脱盐电压的足够电压时，阴离子将向一个电极—阳极126迁移，阳离子将向另一电极—阴极124迁移。阴离子自产物室118迁移通过产物室阴离子交换膜154并进入阴离子释放室162中。类似地，阳离子自产物室118迁移通过产物室阳离子交换膜152并进入阳离子释放室160中。这样，盐水可通过采用驱动电池产生驱动电压并通过在产物室上施加包括驱动电压的足够电压而脱盐。如上所述，流经阴离子和阳离子释放室的可以是离子浓度高于或等于待脱盐的盐水离子浓度的溶液，例如稀液。 
当向产物室118施加高于或超过脱盐电压的足够电压时发生的离子移动通过渗析堆101代表离子通过离子电路的移动。可存在构成此离子电路的各种方法。 
在图1中，离子电路以电化学方式构成。离子电路的电化学构成通过分别在稀液和浓液室112、110的堆与阳极126和阴极124间布置阳极和阴极电解质室114和116实现。适宜的电解质分别经由电解质供给导管108和电解质离开导管136流进和流出电解质导管。在图1所示的实施方案中，电解质平行地流经电解质室114、116；即流经室114、116中的一个的电解质不为室114、116中的另一个所使用。但在替代的实施方案中(未示出)，电解质可串联地流经电解质室114、116；即电解质可流进电解质室114、116中的一个中并在离开该电解质室后被导进电解质室114、116中的另一个中。氧化反应(阳极126处)和还原反应(阴极124处)将离子电流转化为电子电流而构成离子电路。阳极126和阴极124经由电缆156电连通，从而产生自阳极126流向阴极124的电子。 
下表1列出了阳极和阴极电解质室114、116中可使用的示例性电解质以及在阳极和阴极126、124处发生的相关电化学反应和还原电位： 
表1：示例性电解质 
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示例性的阳极和阴极材料包括基体金属如钛、铌、钽、铱、钯、不锈 钢、钢、镍和石墨；所述基体金属可任选涂覆铂、钌、铱、或铂、钌、铱中的任何两者或更多者的混合金属氧化物组合。 
值得注意的是，用来将稀液和浓液室112、110与电解质室114、116分开的离子交换膜(“堆端部膜158”)的类型的选择很重要。最靠近阳极126的堆端部膜158在后文中被称为“阳极堆端部离子交换膜”，最靠近阴极124的堆端部膜158在后文中被称为“阴极堆端部离子交换膜”。阳极电解质室114在一侧上以阳极堆端部离子交换膜为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，阴极电解质室116也在一侧上以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜离子连通。随着阳极126和阴极124处发生电化学反应，阳极电解质室114在另一侧上以阳极126为界并与阳极126电连通，类似地，阴极电解质室116在另一侧上以阴极124为界并与阴极124电连通。例如，在使用Na2SO4作为电解质的实施方案中，阳离子交换膜122被用作堆端部膜158。这是因为Na2SO4由Na+阳离子和SO4 2-阴离子组成。使用阳离子交换膜122时，仅Na+阳离子可在电解质室114、116间穿行进入相邻的稀液和浓液室112、110。由于稀液和浓液均为盐水，故电解质、稀液或浓液没有将被新类型的离子所污染。类似地，如果使用HCl作为电解质，则通常使用阴离子交换膜来分隔电解质室114、116与稀液和浓液室112、110。 
在一个替代的实施方案中(未示出)，稀液和浓液可以相反或逆流方向流经渗析堆101。这样做可有助于在稀液和浓液室112、110间保持更均匀的浓度差。 
现在看图2，其中示意说明书了第二实施方案的渗析堆201，该渗析堆配置为具有与图1中所示渗析堆101的第一个实施方案的极性相反的极性。图2的渗析堆201与图1的渗析堆101相似，不同之处在于产物室118及阴离子和阳离子释放室162、160被右移了一个室，先前用作阴离子释放室162的室被浓液室110所代替，剩下的稀液和浓液室112、110被交换。结果是驱动电压的极性改变和因此离子迁移方向改变。虽然图2示出产物室118及阴离子和阳离子释放室162、160相对于图1所示的实施方案仅右移了一个室，但这些室可被右移或左移任何奇数个室。 
阳极和阴极126、124处发生的电化学反应可产生有用的副产物，具体取决于图1和2中所示渗析堆101、201中使用的电解质。例如，当所用电解质为NaCl水溶液时，Cl-阴离子将被氧化为Cl2气(参见上表1第ii行)。Cl2气可例如用来经由氯化处理水。或者，如果使用HCl水溶液作为 电解质，则将在阴极124处产生H2气(参见上表1第v行)，该H2气可例如随后用来在燃料电池中作功。来自电解质室114、116中发生的氧化-还原反应的其他可能有用的副产物包括氧气(当使用Na2SO4、NaOH或HCl电解质时)和氢氧化钠(当使用NaCl作为电解质时)。 
图3示出了第三实施方案的渗析堆301，其自阳极和阴极电解质室114、116中的一个向阳极和阴极电解质室114、116中的另一个泵送电解质以便在阳极和阴极电解质室114、116中的一个中形成的电化学反应副产物可在电解质室114、116中的另一个中用作反应物。渗析堆301使用气体扩散电极作为阳极126和阴极124并通过将来自阳极126或阴极124中的一个的电化学反应副产物泵送到阳极126或阴极124中的另一个以用作电化学反应的反应物并氧化或还原回其初始形式而循环。理论上，这将把电化学反应所需的净电压降到零。例如，在图3的渗析堆301中，可使用HCl和NaCl的混合物水溶液作为电解质室114、116中的电解质，堆端部膜158为阴离子交换膜122。在阴极124处，氢离子被还原为氢气，该氢气被迫使流向阳极126，在阳极126处，氢气再次被氧化为氢离子。氢离子可然后经由泵(未示出)再循环回阴极124，在阴极124处，其再次被还原为氢气。所用气体扩散电极可用与上面所述相同的基体和涂覆材料制成，并分别配置为将给待在阳极126或阴极124处被氧化或还原的气体提供足够的停留时间。值得注意的是，电化学反应的副产物不一定是气态的。例如，Na3Fe(CN)6和Na4Fe(CN)6的水溶液混合物可被用作电解质，其结果是Fe(CN)6 4-在阳极126处被氧化为Fe(CN)6 3-，Fe(CN)6 3-然后可循环至阴极124以还原回Fe(CN)6 4-。 
在图3所示的实施方案中，五个驱动电池140、142、144、146、148将产生总共约0.20伏的电压。假定使用Na3Fe(CN)6和Na4Fe(CN)6作为电解质，则发生氧化-还原反应需要克服的净电极还原电位为0伏(参见表2第vi行)。脱盐电池150的脱盐电压为约0.088伏。对于使用Neosepta AFN和CM-1离子交换膜、产物室118厚0.02cm且稀液和浓液室112、110各为0.05cm厚的渗析堆来说，五个驱动电池140、142、144、146、148将产生0.20伏的净驱动电压。产物室118的脱盐电压为0.088伏，净电极还原电位为0伏；因此，所产生的堆开路电压为0.20伏-0.088伏＝0.112伏。在此实施方案中，离子交换膜及稀液、浓液和生产进料带来43Ω/cm2的堆电阻损失，导致离子电流为2.6mA/cm2。存在足够的驱动电压来使产物室118中的生产进料脱盐。生产进料中的阳离子和阴离子分别通过产物室阳离子和阴离子交换膜152、154被驱赶出产物室118和进入阴离子和阳离 子释放室162、160中。离开渗析堆101的产物溶液的盐浓度约为0.04质量％，故可饮用。如果需要外电压来实现脱盐，则其可由与电缆156电联接的电压源128供给。 
可向渗析堆101添加附加的驱动电池直至获得实现脱盐的足够的累积驱动电压来代替使用电压源128供给任何附加电压。如果添加了足够的驱动电池以致产生了超过脱盐所需电压的电压，则渗析堆101也可起到电源的作用。在这样的情况下，可通过将电负载电联接在阳极126和阴极124之间而接通电负载。 
现在看图4，其中示意了另一实施方案的渗析堆401，其中离子电路通过将渗析堆401浸没在含在贮存容器406内的导电浴404中经由流体循环构成。浴404可例如由浓液组成。有利地并与图1-3所示实施方案中所示的那样电化学地构成离子电路相比，经由流体循环构成离子电路不需要阳极、阴极或电源。此外，不必供给外部动力来克服当离子电路以电化学方式构成时发生的电化学反应的标准还原电位，从而可降低产物脱盐所需的驱动电压。 
图4的渗析堆401不具有阳极或阴极。取而代之的是，渗析堆401的稀液室112和浓液室110夹在多孔的第一和第二端板408之间，所述端板可由非导电材料如聚丙烯制成。与端板48紧邻的是浓液室110，浓液室110充当第一和第二电解质室以容纳电解质(在此特定的实施方案中为浓液)。第一电解质室在一侧上以多孔的第一端板为界并与多孔的第一端板离子连通，在另一侧上以第一离子交换膜(图4中最左边的阳离子交换膜120)为界并与第一离子交换膜离子连通；第二电解质室在一侧上以多孔的第二端板为界并与多孔的第二端板离子连通，在另一侧上以第二离子交换膜(图4中最右边的阴离子交换膜122)为界并与第二离子交换膜离子连通。这些第一和第二电解质室分别经由第一和第二离子交换膜(图4中最左边的阳离子交换膜120和最右边的阴离子交换膜122)与余下的稀液和浓液室112、110离子连通。在如图4所示的渗析堆401中，阴离子从右向左迁移而阳离子从左向右迁移。因此，阳离子从渗析堆401左边上多孔的端板408附近的导电浴404被拉进渗析堆中，阴离子从渗析堆401右边上多孔的端板408附近的导电浴404被拉进渗析堆401中。导电浴404越深、越宽且其浓度越高，迁移的离子遭遇的阻力将越小。在实践中，渗析堆401中的所有稀液和浓液室112、110均被密封以便浴404和室112、110间不发生流体转移。 
在一个替代的实施方案中(未示出)，第一和第二电解质室被充满浓液，来代替将渗析堆401浸没在导电浴404中。这些浓液室经由电解质室流体导管彼此流体联接。在此替代的实施方案中，端板408不是多孔的。可通过泵送以从浓液室中的一个向另一个循环浓液来提供强制循环，从而构成离子电路。 
现在看图5，其中示出了环形结构的电池渗析布置(“渗析环”501)。图5中的渗析环501包括浓液供给歧管510和稀液供给歧管512，其分别从浓液和稀液供给导管104和102接收浓液和稀液。稀液和浓液然后被传送至稀液和浓液室112、110，稀液和浓液室112、110与稀液和浓液供给歧管512、510流体联接并如在前述实施方案中一样通过一系列交替的阳离子和阴离子交换膜120、122彼此分开。生产进料从生产进料供给导管106直接传递到产物室118。有利的是，阳离子和阴离子以相反方向绕渗析环501迁移，从而实现给定体积生产进料的脱盐。与具有相同数量和平均厚度的室110、112、118的渗析堆401相比，在渗析环501中迁移的阴离子和阳离子需要行进的距离比其在渗析堆401中需要行进的距离小，因此渗析环501的离子电阻比渗析堆401的离子电阻小。因此，如果渗析环501和渗析堆101、201、301具有相同数量的相同平均厚度的室110、112、118，则渗析环501中的电阻损失将比渗析堆101、201、301中低。此外，渗析环501中不需要电极。 
图5的渗析环501具有七个驱动电池和一个脱盐电池150。同其中用流体循环构成离子电路的渗析堆的实施方案一样，无需能量来驱动任何电化学反应。因此，假定浓液浓度为约18％、稀液浓度为约3.5％，七个驱动电池将提供0.28伏的累积驱动电压，其远超过使生产进料脱盐至盐浓度为约0.04质量％所需的电压(约0.088伏加上归因于寄生电阻损失的电压降)。脱盐后，产物经由产物离开歧管508离开渗析环501，稀液经由稀液离开歧管504离开渗析环501，浓液经由浓液离开歧管506离开渗析环501。 
现在看图6，其中示出了螺旋形结构的电池渗析布置(“渗析螺旋601”)。同前面的实施方案中一样，渗析螺旋601由交替布置的阳离子和阴离子交换膜120、122组成。生产进料、稀液和浓液可通过供给导管102、104、106供给到交替的离子交换膜120、122间的间隙。渗析螺旋601可通过例如与室隔离物和垫片一起平整地布置离子交换膜120、122于表面上，然后如图6中所示卷曲产生。有利的是，卷曲膜120、122将有助于 大容量生产；并减少密封面的暴露，这将降低螺旋601渗漏的可能性。生产技术与螺旋形卷绕的反渗透模块如DOWTM 210EDI模块中使用的那些相似。 
现在看图7(a)和(c)，其中示出了可用使盐水脱盐的单极渗析堆701的截面图和分解图。“单极”指渗析堆701中离子运动的方向在运行过程中不可逆。图7(a)为具有交替布置的稀液和浓液室112、110的渗析堆701的截面图。阴离子交换膜122在任何给定驱动电池的相邻稀液和浓液室112、110间形成共用的边界并与所述稀液和浓液室112、110离子连通；阳离子交换膜120在任何给定的驱动电池和相邻的驱动电池间形成共用的边界并与任何给定的驱动电池和相邻的驱动电池离子连通。产物室118布置在渗析堆701内，在一侧上以产物室阴离子交换膜154为界并与产物室阴离子交换膜154离子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜152为界并与产物室阳离子交换膜152离子连通。阳极和阴极126、124及阳极和阴极电解质室116、114布置在渗析堆701的任一端上。阳极电解质室116和驱动电池和产物室118间为阳极和阴极堆端部离子交换膜形式的堆端部膜158。阳极电解质室116在一侧上以阳极堆端部离子交换膜为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阳极126为界并与阳极126电连通。阳极电解质室116经由阳极堆端部离子交换膜与驱动电池和产物室118离子连通。类似地，阴极电解质室114在一侧上以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阴极124为界并与阴极124电连通。阴极电解质室经由阴极堆端部离子交换膜与驱动电池和产物室118离子连通。阳极和阴极、离子交换膜及稀液、浓液和产物室夹在两个端板714之间。 
现在看图7(b)，其中示出了垫片708的正视图，垫片708具有隔离物710，隔离物710用作歧管组件的一部分，歧管组件包括配置为向稀液室112传送稀液和使其离开稀液室112的稀液歧管、向浓液室110传送浓液和使其离开浓液室110的浓液歧管及向产物室118传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开产物室118的产物歧管。有利的是，实践中所述室尽可能地薄以限制离子电阻同时也促进流体无过度压降地流动。在图7(b)中，隔离物710为网格隔离物，其通过防止相邻的离子交换膜因流体流经室110、112、118而彼此接触来保持渗析堆701运行时相邻离子交换膜的分离。隔离物710可与Industrial Netting的XN-3234或ON-6200相似。垫片708可用材料如三元乙丙橡胶(EPDM)、硅、腈、Santoprene、氟橡胶、氯丁橡胶、PTFE(Teflon)、天然橡胶和PVC形成。从图7(c)明显可见， 垫片708和离子交换膜以交替的系列层叠形成各种稀液室、浓液室、产物室和电解质室。各个垫片708限定用作稀液室、浓液室或产物室中之一的体积，且各个这类室在一侧上以一个离子交换膜为界并与所述一个离子交换膜离子连通，在另一侧上以另一离子交换膜为界并与所述另一离子交换膜离子连通。 
各个垫片708的周边穿通有一系列孔，这些孔构成稀液、浓液或产物歧管的一部分。在图7(b)中，垫片708的一侧具有延伸穿过其中的稀液供给导管104，垫片708的相对侧具有延伸穿过其中的稀液离开导管132。类似地，生产进料供给导管106和产物离开导管134延伸穿过垫片708的相对侧。垫片708具有一系列延伸穿过垫片708的一侧的入口凹槽738(a)，各个入口凹槽738(a)与浓液供给导管102流体联接，垫片708在相对侧上具有一系列延伸穿过其中的出口凹槽738(b)，各个出口凹槽738(b)与浓液出口导管130流体联接。图7(b)中所示的垫片708因此配置为浓液室110。仅浓液供给和离开导管102、130经由入口和出口凹槽738(a)、(b)与浓液室110流体联接；因此，通过生产进料供给导管106、产物离开导管134、稀液供给导管104和稀液离开导管132的任何产物(或生产进料)和稀液均与浓液室110隔离开来，而浓液将从浓液供给导管102通过入口凹槽738(a)流进并流经浓液室110，然后通过垫片708的相对侧上的出口凹槽738(b)流出并流进浓液离开导管130中。类似地，对于限定产物室118的垫片，仅存在流体联接生产进料供给和离开导管106、134与产物室118的凹槽，而对于限定稀液室112的垫片，仅存在流体联接稀液供给和离开导管104、132与稀液室112的凹槽。当压在一起形成渗析堆701时，垫片708将形成流体密封，从而可靠地容纳稀液、浓液和产物室的内容物。此外，当垫片708被压制以形成渗析堆701时，来自各个垫片708的浓液供给和离开导管102、130，稀液供给和离开导管104、132及生产进料供给和产物离开导管106、134将排列在一起，从而分别形成浓液、稀液和产物歧管。浓液、稀液和生产进料可因此流经浓液、稀液和产物歧管并被传递到浓液、稀液和产物室110、112、118。 
在所示实施方案中，电解质分别经由导管108、136被泵进和泵出电解质室114、116。 
现在看图8，其中示出了双极渗析堆801的示意图(图8(a))、分解图(图8(b))和透视图(图8(c))，其中示意说明了室与歧管和阀门的装配。“双极”指渗析堆801可以正极性和反极性运行。正极性中的渗析堆801的示意图 为图1的渗析堆101。反极性中的渗析堆801的示意图为图2的渗析堆201。图8(a)中可见十六个两通阀：入口阀844(a)-(h)和出口阀844(i)-(p)，其可针对正极性和反极性运行进行配置。下表2给出了在这些模式下如何配置这些两通阀844(a)-(p)： 
表2：正极性和反极性运行中的阀门设定 
  阀门   正极性运行   反极性运行
  844(a)   开   关
  844(b)   关   开
  844(c)   关   开
  844(d)   开   关
  844(e)   关   开
  844(f)   开   关
  844(g)   开   关
  844(h)   关   开
  844(i)   开   关
  844(j)   关   开
  844(k)   关   开
  844(l)   开   关
  844(m)   关   开
  844(n)   开   关
  844(o)   关   开
  844(p)   开   关
现在看图8(b)，同图1和2中所示渗析堆的实施方案一样，渗析堆801由交替的阳离子和阴离子交换膜120、122的系列组成。在阳离子和阴离子交换膜120、122之间是一系列交替的稀液/浓液室812和浓液/稀液室810。阴离子交换膜122在任何给定驱动电池的相邻稀液/浓液和浓液/稀液室812、810间形成共用的边界并与任何给定驱动电池的相邻稀液/浓液和浓液/稀液室812、810离子连通；阳离子交换膜120在任何给定的驱动电池和相邻的驱动电池间形成共用的边界并与任何给定的驱动电池 和相邻的驱动电池离子连通。位于渗析堆801内的还有产物/稀液室818和稀液/产物室819，其在所示实施方案中彼此相邻。产物/稀液室818在一侧上以产物/稀液室阴离子交换膜854为界并与产物/稀液室阴离子交换膜854离子连通，在另一侧上以产物/稀液室阳离子交换膜852为界并与产物/稀液室阳离子交换膜852离子连通。类似地，稀液/产物室在一侧上以稀液/产物室阴离子交换膜856为界并与稀液/产物室阴离子交换膜856离子连通，在另一侧上以稀液/产物室阳离子交换膜852为界并与稀液/产物室阳离子交换膜852离子连通。在此特定的实施方案中，稀液/产物室阳离子交换膜852和产物/稀液室阳离子交换膜852为相同的离子交换膜，因为产物/稀液和稀液/产物室818、819彼此相邻，但当室818、819不相邻时情况就不是这样。 
同渗析堆701一样，渗析堆801具有歧管组件，歧管组件包括稀液/浓液、浓液/稀液、产物/稀液和稀液/产物歧管，当渗析堆801以正极性运行时，其分别配置为向稀液/浓液室812和稀液/产物室819传送稀液和使其离开稀液/浓液室812和稀液/产物室819、向浓液/稀液室810传送浓液和使其离开浓液/稀液室810、向产物/稀液室818传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开产物/稀液室818，而当渗析堆801以反极性运行时，其分别配置以向浓液/稀液810和产物/稀液室818传送稀液和使其离开浓液/稀液810和产物/稀液室818、向稀液/浓液室812传送浓液和使其离开稀液/浓液室812及向稀液/产物室819传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开稀液/产物室819。 
同渗析堆701一样，渗析堆801包括垫片(图8中未标出)，其各限定用作稀液/浓液、浓液/稀液、稀液/产物或产物/稀液室中之一的体积，且各个这类室在一侧上以一个离子交换膜为界并与所述一个离子交换膜离子连通，在另一侧上以另一离子交换膜为界并与所述另一离子交换膜离子连通。在结构上，渗析堆801的歧管组件与渗析堆701的相同，不同的是在渗析堆801中使用的垫片的另一侧增加了附加的稀液/产物歧管。在结构上，所述稀液/浓液歧管、浓液/稀液歧管和产物/稀液歧管分别对应于渗析堆701的稀液歧管、浓液歧管和产物歧管。例如，入口凹槽流体地联接渗析堆801的一个垫片中的稀液/浓液供给导管804与稀液/浓液室812，从而使流经稀液/浓液导管的溶液(或稀液或浓液)可进入稀液/浓液室812。出口凹槽流体地联接稀液/浓液室812与稀液/浓液离开导管830，从而使稀液/浓液室812中的溶液可离开堆801。 
第一和第二电极824、826及第一和第二电解质室814、816布置在渗析堆801的任一端上。电极824、826均可作为阳极或阴极运行，具体取决于渗析堆801是在正极性还是反极性中运行。第一电解质室814在一侧上以第一堆端部离子交换膜858为界并与第一堆端部离子交换膜858离子连通，在另一侧上以第一电极824为界并与第一电极824电连通。类似地，第二电解质室816在一侧上以第二堆端部离子交换膜858为界并与第二堆端部离子交换膜858离子连通，在另一侧上以第二电极826为界并与第二电极826电连通。电极、离子交换膜和各种室夹在两个端板714之间。 
电极824、826可由基体和施加在其上的涂层组成。基体可例如为钛、铌、钽、铱或钯。涂层可为铂、钌、铱或三者的混合金属氧化物组合。作为替代方案，电极824、826可随时间牺牲和退化。在这样的实施方案中，电极824、826可由未经涂布的不锈钢、钢、镍、铜或石墨基体形成。 
下面将描述渗析堆801在正极性中的运行。稀液、浓液和生产进料通过图7(a)中标示为“D”、“C”和“P”的箭头供给。稀液通过阀门844(a)、844(g)、稀液/浓液供给导管804和稀液/产物供给导管806泵入渗析堆801中。在渗析堆801中，稀液被泵送通过稀液/浓液和稀液/产物歧管并传递到稀液/浓液室812和稀液/产物室819。稀液通过稀液/浓液离开导管830、稀液/产物离开导管832和阀门844(i)、844(p)离开渗析堆801。浓液通过阀门844(d)和浓液/稀液供给导管802泵进渗析堆801中。浓液被泵送通过浓液/稀液歧管并传递到浓液/稀液室810。浓液通过浓液/稀液离开导管828和阀门844(l)离开渗析堆801。生产进料通过阀门844(f)和产物/稀液供给导管805泵进渗析堆801中。生产进料被泵送通过产物/稀液歧管并传递到产物/稀液室818。产物通过产物/稀液离开导管831和阀门844(n)离开渗析堆801。 
在离开渗析堆801后，稀液、浓液和产物被转向通过三通阀846(a)-(c)。通常，阀门846(a)-(c)设定为使稀液、浓液和产物沿标示为“D”、“C”和“P”的导管被引导。渗析堆801也可在清除模式(purge mode)下运行，在这样的情况下，稀液、浓液和产物均被转向到标示为“W”的“废物”导管。在自正极性模式运行转变为反极性模式运行或反过来时，渗析堆801可暂时以清除模式运行以便从阀门和导管洗去任何不希望有的稀液、浓液和产物。 
当在反极性中运行时，稀液通过阀门844(c)、844(e)及浓液/稀液供给导管802和产物/稀液供给导管805泵进渗析堆中。稀液被泵送通过浓液/稀液和产物/稀液歧管并传递到浓液/稀液室812和产物/稀液室818中。稀 液通过浓液/稀液离开导管828、产物/稀液离开导管831和阀门844(k)、844(m)离开渗析堆。浓液通过阀门844(b)并通过稀液/浓液供给导管804泵进渗析堆801中。浓液被泵送通过稀液/浓液歧管，传递到稀液/浓液室812，并通过稀液/浓液离开导管830和阀门844(i)离开渗析堆。生产进料通过阀门844(h)和稀液/产物供给导管806泵进渗析堆801中。生产进料被泵送通过稀液/产物歧管并传递到稀液/产物室819，产物通过稀液/产物离开导管832和阀门844(o)离开渗析堆。在正极性和反极性两种情况下，电解质均分别经由导管108、136被泵进和泵出端室114、116。 
除通过阀门844(a)-(h)向渗析堆中泵送生产进料、稀液和浓液以及通过阀门844(i)-(p)将产物、稀液和浓液泵出渗析堆(“正向流动”模式)外，渗析堆内溶液的流动也可反向进行以便生产进料、稀液和浓液通过阀门844(i)-(p)泵进渗析堆中而产物、稀液和浓液通过阀门844(a)-(h)泵出渗析堆(“反向流动”模式)。反向流动模式可用来冲洗渗析堆801。此外，渗析堆801能以其中一些溶液通过阀门844(a)-(h)进入渗析堆801而其他溶液通过阀门844(i)-(p)进入渗析堆的模式(“逆流流动”模式)运行。例如，当通过阀门844(a)、(f)和(h)向渗析堆801中泵送生产进料和稀液时，浓液可通过阀门844(l)向渗析堆801中进给。这使稀液和浓液可以逆流方向流经渗析堆801，如上面所提到的，这可有助于在稀液和浓液室812、810间保持更均匀的浓度差。 
能以正极性和反极性两个极性运行渗析堆的一个好处是，堆极性的周期性反转可用来防止膜120、122和电极824、826的结垢和污染，从而延长离子交换膜120、122和电极824、826的寿命。 
现在看图9(a)和(b)，其中示出了多段渗析堆901。多段堆901具有四个脱盐段1-4。第一段的输入是通过浓液、稀液和生产进料导管102、104、106输入的浓液、稀液和生产进料。渗析堆901中的各个段将以一定的百分数净化产物以便经由产物离开导管134离开的产物被脱盐。如图9(a)中明显可见，产物以相反的方向流经所示渗析堆901中相邻的脱盐段，但这不是所有实施方案中都要求的。 
现在看图9(b)，其中示出了渗析堆901的脱盐段3和4的部分的详图。渗析堆901含多个驱动电池，各个驱动电池由经由离子交换膜而离子连通的稀液室112和浓液室110组成。脱盐段3也具有多个初始段产物室914，各自在第一侧上以初始段产物室阴离子交换膜为界并与初始段产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以初始段产物室阳离子交换膜为界并 与初始段产物室阳离子交换膜离子连通。初始段产物室914的输出被引导进入段4中的多个产物室——后续段产物室916中，各后续段产物室916在第一侧上以后续段产物室阴离子交换膜为界并与后续段产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以后续段产物室阳离子交换膜为界并与后续段产物室阳离子交换膜离子连通。构成初始段产物室914的多个产物室和构成后续段产物室916的多个产物室允许产物平行地在任何给定的段中流动。在任何给定的段中，由多个产物室平行地净化盐水将使渗析堆901可处理的生产进料的总量比每段仅有单个产物室的渗析堆901可处理的多。此外，向单个堆中引入多个脱盐段将使资金成本低于每个脱盐段一个单独的堆的情形。初始段和后续段产物室914、916各具有脱盐电压。因此，为同时在初始段和后续段产物室914、916中实现脱盐，向产物室914、916上施加的足够的电压必须大于或等于产物室914、916的脱盐电压之和。此足够的电压包括驱动电池所产生的驱动电压和施加给渗析堆901的任何外电压。 
虽然图9的初始和后续脱盐段示意为脱盐段3和4，但术语“初始脱盐段”和“后续脱盐段”指渗析堆中的任何两个脱盐段，其中待脱盐的盐水在行进通过后续脱盐段之前行进通过初始脱盐段；即指彼此串联连通的任何两个段。 
现在看图10，其中示出了可用来使用连续流工艺使盐水脱盐的设备1001。设备101包括水源1004，水源1004可例如为海水源或微咸水源。来自水源1004的盐水被导向脱盐前处理盐水的预处理系统1006。预处理系统1006设计用来移除可能污染、堵塞或损坏设备1001中所用设备的碎屑、悬浮固体及有机和无机物。经预处理系统1006处理的盐水被转向贮留待脱盐的生产进料的盐水贮存器1010和贮留稀液的稀液贮存器1026。在所示的实施方案中，稀液和待脱盐的生产进料相同，但这不是所有实施方案都要求的。设备1001中还存在贮留浓液的浓液贮存器1020。来自贮存器1020、1026和1010的浓液、稀液和生产进料被泵送通过一系列三个渗析堆1002以使所述生产进料脱盐。其他实施方案可使用多于或少于三个渗析堆，随着生产进料通过所述渗析堆而分段地发生脱盐。设备1001采用三个渗析堆1002，生产进料串联地流经渗析堆1002而浓液和稀液平行地流经渗析堆1002。在渗析堆1002中使用后，用过的稀液可经由阀门1040返回稀液贮存器1026；经由第二阀门1042回到水源1004；和返回第一再浓缩器1032以处用过的稀液产生浓液，这将在下面更详细地讨论。用过的浓液被返回第二再浓缩器1034以在贮存于浓液贮存器1020中之前 再浓缩，这也将在下面更详细地讨论。产物被贮存在产物贮存器1018中以供回收和使用。在替代的实施方案中(未示出)，用过的浓液可被返回到第一再浓缩器1032然后到第二再浓缩器1034，从而有利地保持浓液贮存器1020中较高的浓度。同样在替代的实施方案中(未示出)，第一再浓缩器1032的输出可被直接传送到浓液贮存器1020中，或用过的浓液可被直接返回到浓液贮存器1020而不是到第二再浓缩器1034。 
示例性的第一和第二再浓缩器1032、1034在图12-14中示出并在下面讨论。第一再浓缩器1032用来在用过的稀液被转移到第二再浓缩器1034之前提高所述用过的稀液的浓度，第二再浓缩器1034用来在用过的稀液被转移到浓液贮存器1020中之前进一步提高所述用过的稀液的浓度和如果必要则提高浓液贮存器中贮存的溶液浓度。第一和第二再浓缩器1032、1034均利用蒸发到大气来提高盐水的浓度直至盐水达到适于用作浓液的盐浓度。在一个实施方案中，太阳能可被直接传向再浓缩器1032、1034(例如通过使太阳照在喷淋池1201上，如图12中所示)来提高盐水的浓度。在替代的实施方案中(未示出)，第一和第二再浓缩器1032、1034可与换热器1324(在图13和14中示出)流体联接，换热器1324再从外部热源如附近的发电或加工厂或太阳热收集器获得热。来自发电厂的低品位热能可能是例如约30到150摄氏度的废热(如来自发电厂的)。示例性的换热器有壳管式、板式和相变换热器。再浓缩器1032、1034可使用经由换热器1324或直接从太阳获得的能量的组合来帮助蒸发。 
与熟知的盐水脱盐措施和方法相比，设备1001本质上能以浓盐水的形式贮存低品位热能如太阳能；此贮存的化学能转换为使渗析堆1002中的生产进料脱盐。值得注意的是，干燥和干旱并因此很可能需要脱盐技术的地区也是那些倾向于大气湿度低、太阳辐照大和因此环境中水易于蒸发的地区。有利的是，其中设备1001可能最好地发挥作用的地区正是最需要设备1001的地区。 
现在看图11，其中示出了第二实施方案的设备1101，其可用来以间歇流工艺使盐水脱盐。同第一实施方案的设备1001一样，盐水自水源1004收集，在预处理系统1006中接受预处理，然后被转向盐水和产物联合贮存器1110和稀液贮存器1026。虽然设备1101仅使用一个渗析堆1102，但可如第一实施方案的设备1001中所做的那样使用多个渗析堆。但与串联地泵送生产进料通过三个渗析堆1002的第一实施方案的设备1001相比，第二实施方案的设备1101不使用第一实施方案设备1001的生产进料 贮存器1018来接收经脱盐的产物，而是使经脱盐的产物返回到盐水和产物联合贮存器1110。这样，待脱盐的离散批量的盐水可自水源1004转移并贮存在盐水和产物联合贮存器1110中，其可然后被泵送通过渗析堆1002直至盐水和产物联合贮存器1110中的水已被充分脱盐。与第一实施方案的设备1001一样，再浓缩器1032、1034将通过蒸发到大气来提高盐水的浓度直至盐水预备用作浓液。 
现在看图12-14，其中示出了再浓缩器的三个实例。图12示出了蒸发喷淋池1201；图13示出了自然通风蒸发塔1301；图14示出了强制通风蒸发塔1401。 
图12中所示的蒸发喷淋池1201包括其中有池集水1232的浅层的池表面1214。池集水1232与喷嘴头1206、喷嘴提升器1204和喷嘴1202流体联接。虽然图12中示出了仅一个喷嘴1202，但喷嘴头1206可与多个喷嘴1202联接。浓海水可经由流体导管1236自集水1232泵送到浓液贮存器1020；类似地，来自浓液贮存器1020的流体可经由流体导管1238被泵送到喷嘴头1206并通过喷嘴1202喷出。从喷嘴1202喷出的喷出物中的一些水将随着喷出物落向集水处1232而蒸发，从而提高集水1232中盐水的盐浓度。可使用百叶窗样围栏1212来防止水滴自池1212扩散走。 
图12中标示为A、B、C和D的是可构造池表面1214的四种不同方式。表面A由热容材料(如砂)的层1218及其上深色的高度传导性材料(如碳钢)的层1216构成。表面B与表面A相似，不同在于在热容材料1218下布置了绝热层1222以更好地留住热。表面C由热容材料的层1218及其上深色的密封膜表面(如PVC、聚丙烯或EPDM)的层1226构成。表面D与表面C相似，不同在于在热容材料的层1218下有绝热层1222。 
在替代的实施方案中(未示出)，喷嘴1202、喷嘴提升器1204、喷嘴头1206和百叶窗样围栏1212可从蒸发喷淋池1212移除。结果得到蒸发池，该蒸发池也可用作再浓缩器。 
在另一替代的实施方案中(未示出)，换热器1324可与喷嘴头1206流体联接以提供可用在蒸发过程中的额外的能量。经由换热器1324供给的热越多，则池集水1232的面积需要越小。换热器1324可例如供给蒸发过程中所用能量的60％，剩余的40％来自池集水1232的表面积所吸收的能量。 
自然通风蒸发塔1301由其中有塔集水1316的浅层的塔底座1314及 其上支承的塔壳体1302组成。同喷淋池1201一样，塔集水1316可经由流体导管1236被泵送到浓液贮存器1020，来自浓液贮存器1020的流体可经由流体导管1238被泵送到分散喷嘴1304。流体首先经过与如上所述外部热源联接的换热器1324，这将向流体提供低品位热来代替蒸发过程中损失的热。在通过进风口1310流入的空气的帮助下，自喷嘴1304落下的喷出物将随其落向集水1316而蒸发，从而提高集水1316的盐浓度。喷出物也打中填充材料1312，这将提供更大的表面积供盐水流过并提高盐水与空气间的传质，从而帮助蒸发。 
强制通风蒸发塔1401与自然通风蒸发塔1301相似，由其中有塔集水1420的浅层的塔底座1418及其上支承的塔壳体1402组成。塔集水1420可经由流体导管1236被泵送到浓液贮存器1020，来自浓液贮存器1020的流体可经由流体导管1238被泵送到分散喷嘴1304。流体首先经过与如上所述外部热源联接的换热器1324，这将向流体提供低品位热来代替蒸发过程中损失的热。在通过进风口1310流入的空气和风扇1412提供的通风的帮助下，自喷嘴1304落下的喷出物将随其落向集水处1420而蒸发，从而提高集水处1316的盐浓度。喷出物也打中填充材料1312，这将提供更大的表面积供盐水流过并提高盐水与空气间的传质，从而帮助蒸发。除雾器1414有助于防止喷出物损坏风扇1412及自塔1401的顶部逃逸。 
图12-14中所示的任何再浓缩器均可布置在陆地上或漂浮在海上。 
实施例 
现在讨论由四段渗析堆901组成的设备1001的实施例，其中渗析堆901与蒸发喷淋池1201形式的再浓缩器1032联接。 
该渗析堆总共有800个驱动电池和100个脱盐电池。所用阴离子交换膜120为Neosepta AFN膜。所用阴离子交换膜122为Neosepta CM-1膜。各膜120、122与产物、稀液或浓液接触的表面积为1500cm2(各膜120、122高50cm、深30cm)。产物、稀液和浓液室中每一个的厚度为0.02cm。阳极和阴极124、126由镀铂钛制成。室间的垫片由聚丙烯制成。 
设备1001每天产生1m3盐浓度为0.04％的可饮用水。在被输入到渗析堆901中时，生产进料的盐浓度为3.50％。在被输入到渗析堆901中时，稀液的盐浓度也为3.50％，浓液的盐浓度为18.00％。在离开渗析堆901时，稀液和浓液的盐浓度分别为4.90％和16.90％。稀液、浓液和生产进 料料分别以38.7m3/天、36.4m3/天和1.01m3/天的速率流进渗析堆901中。稀液和浓液分别以38.92m3/天和36.16m3/天的速率流出渗析堆901。 
水源1004中水的盐浓度为3.50％。水以39.75m3/天的速率自水源1004取走。该水以1.01m3/天送到盐水贮存器1010，而以38.74m3/天送到稀液贮存器1026。一部分用过的稀液以10.9m3/天的速率从渗析堆1002送到浓液贮存器1020。剩余部分用过的稀液以28.0m3/天的速率直接释放到盐水贮存器1010而不送到稀液贮存器1026。 
蒸发喷淋池1201的池表面1214的面积为75m2。池1201使用三个喷嘴1202。每个喷嘴喷淋周期蒸发的水的百分数为4.0％。喷淋池1201接受来自渗析堆1002的浓度为16.90％的流体，并向浓液贮存器1020返回浓度为18.00％的流体。 
虽然已描述了本发明的示意性实施方案，但应理解，可在其中作各种改变而不偏离本发明的精神和范围。本发明因此应视为仅受附随的权利要求的范围的限制。 

Claims (48)

1.一种用于盐水脱盐系统的装置，所述装置包括：
(a)用于产生驱动电压的多个驱动电池，各驱动电池包括容纳第一离子浓度的稀液的稀液室、容纳高于所述第一离子浓度的第二离子浓度的浓液的浓液室，阳离子和阴离子交换膜中的一个在所述稀液室和浓液室之间形成共用的边界并与所述稀液室和浓液室离子连通，所述阳离子和阴离子交换膜中的另一个在各驱动电池和相邻的驱动电池之间形成共用的边界并与所述各驱动电池和相邻的驱动电池离子连通；
(b)产物室阴离子交换膜和产物室阳离子交换膜；
(c)容纳待脱盐的盐水的产物室，所述产物室在一侧上以所述产物室阴离子交换膜为界并与所述产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以所述产物室阳离子交换膜为界并与所述产物室阳离子交换膜离子连通，所述产物室经由所述产物室阴离子或阳离子交换膜与所述多个驱动电池离子连通；
(d)包含稀液歧管、浓液歧管和产物歧管的歧管组件，所述稀液歧管、浓液歧管和产物歧管分别配置为向所述稀液室传送稀液和使其离开所述稀液室、向所述浓液室传送浓液和使其离开所述浓液室、以及向所述产物室传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开所述产物室；
(e)阴离子释放室和阳离子释放室，所述阴离子释放室和阳离子释放室分别通过所述产物室阴离子交换膜和所述产物室阳离子交换膜与所述产物室离子连通；
(f)容纳电解质的阳极和阴极电解质室；
(g)阳极和阴极堆端部离子交换膜，所述阳极和阴极电解质室分别通过所述阳极和阴极堆端部离子交换膜与所述多个驱动电池和产物室离子连通；和
(h)阳极和阴极，所述阳极电解质室在一侧上以所述阳极堆端部离子交换膜为界并与所述阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以所述阳极为界并与所述阳极电连通，所述阴极电解质室在一侧上以所述阴极堆端部离子交换膜为界并与所述阴极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以所述阴极为界并与所述阴极电连通。
2.如权利要求1所述的装置，还包括分别限定各个所述稀液室、所述浓液室和所述产物室的稀液室垫片、浓液室垫片和产物室垫片，在各个所述稀液室垫片、浓液室垫片和产物室垫片中均含隔离物以保持阳离子和阴离子交换膜的分离。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述稀液歧管、浓液歧管和产物歧管分别包括稀液供给导管和稀液离开导管、浓液供给导管和浓液离开导管、以及生产进料供给导管和产物离开导管，其各延伸穿过所述稀液垫片、浓液垫片和产物垫片，其中：
(a)所述稀液歧管还包括在所述稀液室垫片中的流体地联接所述稀液供给导管与所述稀液室的入口凹槽以及在所述稀液室垫片中的流体地联接所述稀液离开导管与所述稀液室的出口凹槽；
(b)所述浓液歧管还包括在所述浓液室垫片中的流体地联接所述浓液供给导管与所述浓液室的入口凹槽以及在所述浓液室垫片中的流体地联接所述浓液离开导管与所述浓液室的出口凹槽；和
(c)所述产物歧管还包括在所述产物室垫片中的流体地联接所述生产进料供给导管与所述产物室的入口凹槽以及在所述产物室垫片中的流体地联接所述产物离开导管与所述产物室的出口凹槽。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述多个驱动电池、产物室、阴离子释放室和阳离子释放室布置为环状。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述多个驱动电池、产物室、阴离子释放室和阳离子释放室以螺旋形状卷绕。
6.如权利要求1所述的装置，还包括在所述阳极和阴极之间电联接的电压源。
7.如权利要求1所述的装置，还包括在所述阳极和阴极之间电联接的电负载。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述阳极和所述阴极各包括其上有涂层的基体，所述基体由选自钛、铌、钽、铱、钯、钢、不锈钢、镍和石墨的材料构成，所述涂层包括选自铂、钌、铱以及、包含铂、钌和铱的合金的材料。
9.如权利要求1所述的装置，还包括：
(a)流体地联接所述阳极电解质室与所述阴极电解质室的电解质室流体导管；和
(b)与所述电解质室流体导管流体连通的泵，所述泵配置为从所述阳极和阴极电解质室中的一个向所述电解质室中的另一个泵送所述电解质，使得在所述阳极和阴极电解质室中的一个中形成的电化学反应副产物可在所述电解质室中的另一个中用作反应物。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述阳极和阴极为彼此气体连通的气体扩散电极，使得在所述阳极或阴极中的一个处产生的气体可流通到所述阳极或阴极中的另一个处。
11.如权利要求1所述的装置，还包括：
(a)容纳电解质的第一和第二电解质室；
(b)第一和第二离子交换膜，所述第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与所述多个驱动电池和所述产物室离子连通；和
(c)多孔的第一和第二端板，所述第一电解质室在一侧上以所述多孔的第一端板为界并与所述多孔的第一端板离子连通，在另一侧上以所述第一离子交换膜为界并与所述第一离子交换膜离子连通，所述第二电解质室在一侧上以所述多孔的第二端板为界并与所述多孔的第二端板离子连通，在另一侧上以所述第二离子交换膜为界并与所述第二离子交换膜离子连通；所述装置被密封以使得当所述装置浸没在导电浴内时离子电流将在所述导电浴中分别通过所述多孔的第一和第二端板在所述第一和第二电解质室之间流动。
12.如权利要求1所述的装置，还包括：
(a)容纳电解质的第一和第二电解质室；
(b)第一和第二离子交换膜，所述第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与所述多个驱动电池和所述产物室离子连通；
(c)第一和第二端板，所述第一电解质室在一侧上以所述第一端板为界并与所述第一端板离子连通，在另一侧上以所述第一离子交换膜为界并与所述第一离子交换膜离子连通，所述第二电解质室在一侧上以所述多孔的第二端板为界并与所述多孔的第二端板离子连通，在另一侧上以所述第二离子交换膜为界并与所述第二离子交换膜离子连通；
(d)流体地联接所述第一电解质室与所述第二电解质室的电解质室流体导管；和
(e)与所述电解质室流体导管流体连通的泵，所述泵配置为从所述第一和第二电解质室中的一个向所述电解质室中的另一个泵送所述电解质。
13.一种用于盐水脱盐系统的装置，所述装置包括：
(a)配置为接收第一离子浓度的稀液、高于所述第一离子浓度的第二离子浓度的浓液和待脱盐的盐水的堆，所述堆包括：
(i)多个驱动电池，各驱动电池包括稀液/浓液室、浓液/稀液室、阳离子和阴离子交换膜中的一个，其在所述稀液/浓液和浓液/稀液室之间形成共用的边界并与所述稀液/浓液和浓液/稀液室离子连通、以及所述阳离子和阴离子交换膜中的另一个，其在各驱动电池和相邻的驱动电池之间形成共用的边界并与所述各驱动电池和相邻的驱动电池离子连通；
(ii)产物/稀液室阴离子交换膜和产物/稀液室阳离子交换膜；
(iii)产物/稀液室，其在一侧上以所述产物/稀液室阴离子交换膜为界并与所述产物/稀液室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以所述产物/稀液室阳离子交换膜为界并与所述产物/稀液室阳离子交换膜离子连通，所述产物/稀液室经由所述产物/稀液室阴离子或阳离子交换膜与所述驱动电池离子连通；
(iv)稀液/产物室阴离子交换膜和稀液/产物室阳离子交换膜；和
(v)稀液/产物室，其在一侧上以所述稀液/产物室阴离子交换膜为界并与所述稀液/产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以所述稀液/产物室阳离子交换膜为界并与所述稀液/产物室阳离子交换膜离子连通，所述稀液/产物室经由所述稀液/产物室阴离子或阳离子交换膜与所述驱动电池离子连通；以及
(b)包括稀液/浓液歧管、浓液/稀液歧管、产物/稀液歧管和稀液/产物歧管的歧管组件，当所述装置以正极性运行时，所述歧管分别配置为向所述稀液/浓液和稀液/产物室传送稀液和使其离开所述稀液/浓液和稀液/产物室、向所述浓液/稀液室传送浓液和使其离开所述浓液/稀液室、以及向所述产物/稀液室传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开所述产物/稀液室，当所述装置以反极性运行时，所述歧管分别配置为向所述浓液/稀液和产物/稀液室传送稀液和使其离开所述浓液/稀液和产物/稀液室、向所述稀液/浓液室传送浓液和使其离开所述稀液/浓液室、以及向所述稀液/产物室传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开所述稀液/产物室。
14.如权利要求13所述的装置，还包括分别限定各个所述稀液/浓液室、所述浓液/稀液室、所述产物/稀液室和所述稀液/产物室的稀液/浓液室垫片、浓液/稀液室垫片、产物/稀液室垫片和稀液/产物室垫片，在各个所述稀液/浓液室垫片、浓液/稀液室垫片及产物/稀液室垫片中均含隔离物以保持阳离子和阴离子交换膜的分离。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述稀液/浓液歧管、浓液/稀液歧管、产物/稀液歧管和稀液/产物歧管分别包括稀液/浓液供给导管和稀液/浓液离开导管、浓液/稀液供给导管和浓液/稀液离开导管、产物/稀液供给导管和产物/稀液离开导管、及稀液/产物供给导管和稀液/产物离开导管，其各延伸穿过所述稀液/浓液垫片、浓液/稀液垫片、产物/稀液垫片和稀液/产物垫片，且其中：
(a)所述稀液/浓液歧管还包括在所述稀液/浓液室垫片中的流体地联接所述稀液/浓液供给导管与所述稀液/浓液室的入口凹槽以及在所述稀液/浓液室垫片中的流体地联接所述稀液/浓液离开导管与所述稀液/浓液室的出口凹槽；
(b)所述浓液/稀液歧管还包括在所述浓液/稀液室垫片中的流体地联接所述浓液/稀液供给导管与所述浓液/稀液室的入口凹槽以及在所述浓液/稀液室垫片中的流体地联接所述浓液/稀液离开导管与所述浓液/稀液室的出口凹槽；
(c)所述产物/稀液歧管还包括在所述产物/稀液室垫片中的流体地联接所述产物/稀液供给导管与所述产物/稀液室的入口凹槽以及在所述产物/稀液室垫片中的流体地联接所述产物/稀液离开导管与所述产物/稀液室的出口凹槽；和
(d)所述稀液/产物歧管还包括在所述稀液/产物室垫片中的流体地联接所述稀液/产物供给导管与所述稀液/产物室的入口凹槽以及在所述稀液/产物室垫片中的流体地联接所述稀液/产物离开导管与所述稀液/产物室的出口凹槽。
16.如权利要求15所述的装置，还包括：
(a)容纳电解质的第一和第二电解质室；
(b)第一和第二堆端部离子交换膜，所述第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与所述稀液/浓液室、浓液/稀液室、产物/稀液室和稀液/产物室离子连通；和
(c)第一和第二电极，所述第一电解质室在一侧上以所述第一堆端部离子交换膜为界并与所述第一堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以所述第一电极为界并与所述第一电极电连通，所述第二电解质室在一侧上以所述第二堆端部离子交换膜为界并与所述第二堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以所述第二电极为界并与所述第二电极电连通。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述第一和第二电极均包括其上有涂层的基体，所述基体由选自钛、铌、钽、铱、钯、钢、不锈钢、镍和石墨的材料构成，所述涂层包括选自铂、钌、铱以及、包含铂、钌和铱的合金的材料。
18.一种盐水脱盐的设备，包括：
(a)盐水脱盐系统，所述盐水脱盐系统包括权利要求1-12中的任一项中所述的装置；
(b)配置为从离开所述装置的稀液中移除水以生成浓液的第一再浓缩器；和
(c)用于贮留所述浓液的浓液贮存器，所述浓液贮存器与所述第一再浓缩器和所述浓液室二者流体连通。
19.如权利要求18所述的设备，还包括：
(a)盐水贮存器，所述盐水贮存器用于贮留所述待脱盐的盐水且与所述产物室流体连通；
(b)稀液贮存器，所述稀液贮存器用于贮留所述稀液且与所述驱动电池流体连通；和
(c)产物贮存器，所述产物贮存器用于贮存经脱盐的盐水且与所述产物室流体连通。
20.如权利要求19所述的设备，所述设备还包括预处理中心，所述预处理中心与所述盐水贮存器流体联接以在所述盐水进入所述盐水贮存器之前处理所述待脱盐的盐水。
21.如权利要求20所述的设备，所述设备还包括与所述浓液贮存器和所述装置流体连通的第二再浓缩器，所述第二再浓缩器配置为从离开所述装置的浓液中移除水。
22.如权利要求20所述的设备，其中所述预处理中心与所述稀液贮存器流体联接以在所述稀液进入所述稀液贮存器之前处理所述稀液。
23.如权利要求21所述的设备，其中所述第一和第二再浓缩器中的一者或二者选自蒸发池、蒸发喷淋池、自然通风蒸发塔和强制通风蒸发塔。
24.如权利要求21所述的设备，还包括与所述第一和第二再浓缩器中的一者或二者流体联接的换热器，用于从热源向所述第一和第二再浓缩器中的一者或二者传热。
25.一种盐水脱盐的方法，所述方法包括：
(a)通过下列步骤产生驱动电压：
(i)使第一离子浓度的稀液流经稀液室；和
(ii)使第二离子浓度的浓液流经浓液室，所述第二离子浓度高于所述第一离子浓度，所述浓液室和稀液室形成驱动电池并且共用阳离子和阴离子交换膜中之一，使得阴离子或阳离子通过所述交换膜从浓液室流向稀液室；
(b)在产物室上施加包括所述驱动电压的足够的电压，待脱盐的盐水流经所述产物室并且所述产物室与所述驱动电池离子连通，所述产物室在一侧上以产物室阴离子交换膜为界并与产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜为界并与产物室阳离子交换膜离子连通，所述足够的电压等于或大于所述产物室的脱盐电压，使得阳离子和阴离子分别从盐水迁移通过所述产物室阳离子和阴离子交换膜，和
(c)使包括所述驱动电压的所述足够的电压的极性改变，以防止所述阴离子和阳离子交换膜结垢，
其中离开所述产物室的所述盐水具有低于离开所述稀液室的稀液的离子浓度。
26.如权利要求25所述的方法，还包括使离子浓度高于或等于待脱盐的盐水的溶液流经阴离子和阳离子释放室，所述阴离子和阳离子释放室分别经由所述产物室阴离子交换膜和所述产物室阳离子交换膜与所述产物室离子连通。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述稀液为流经所述阴离子和阳离子释放室的溶液。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述稀液和所述待脱盐的盐水相同。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述稀液和所述浓液为盐水，所述浓液的盐浓度大于所述稀液的盐浓度。
30.如权利要求26所述的方法，其中所述驱动电压等于或高于所述脱盐电压。
31.如权利要求26所述的方法，还包括使电解质流经阳极和阴极电解质室，所述阳极电解质室在第一侧上以阳极堆端部离子交换膜为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阳极为界并与阳极电连通，所述阴极电解质室在第一侧上以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阴极为界并与阴极电连通，所述阳极和阴极电解质室分别经由所述阳极和阴极堆端部离子交换膜与所述产物室离子连通，所述阳极和阴极彼此电连通以便电子从所述阳极流向所述阴极。
32.如权利要求26所述的方法，其中所述稀液和所述浓液以逆流方向分别流经所述稀液室和所述浓液室。
33.如权利要求26所述的方法，还包括：
(a)使待脱盐的盐水流经与所述驱动电池串联地离子连通的初始脱盐段，所述初始脱盐段包括在一侧上以初始段产物室阴离子交换膜为界并与初始段产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以初始段产物室阳离子交换膜为界并与初始段产物室阳离子交换膜离子连通的初始段产物室，所述初始段产物室具有脱盐电压，当向所述初始段产物室施加超过所述脱盐电压的电压时，阳离子和阴离子分别从盐水迁移通过所述初始段产物室阳离子和阴离子交换膜；
(b)使待脱盐的盐水流经后续脱盐段，所述后续脱盐段与所述驱动电池串联地离子连通，所述后续脱盐段包括在第一侧上以后续段产物室阴离子交换膜为界并与后续段产物室阴离子交换膜离子连通而在另一侧上以后续段产物室阳离子交换膜为界并与后续段产物室阳离子交换膜离子连通的后续段产物室，所述后续段产物室具有脱盐电压，当向所述后续段产物室施加超过所述脱盐电压的电压时，阳离子和阴离子分别从盐水迁移通过所述后续段产物室阳离子和阴离子交换膜，所述待脱盐的盐水流经所述初始段产物室和所述后续段产物室；和
(c)在所述初始段产物室和所述后续段产物室上施加足够的电压，所述足够的电压包括驱动电压并大于或等于所述初始段产物室和所述后续段产物室的脱盐电压之和。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述初始段产物室和所述后续段产物室中的一者或二者包括多个产物室，且其中使待脱盐的盐水流经所述初始脱盐段和所述后续脱盐段包括使待脱盐的盐水平行地流经任何给定段的所述多个产物室。
35.如权利要求31所述的方法，还包括通过使用所述阳极和阴极之间电联接的电压源在所述阳极和阴极上施加外电压。
36.如权利要求31所述的方法，还包括当所述驱动电压大于所述脱盐电压时给所述阳极和阴极之间电联接的电负载通电。
37.如权利要求31所述的方法，其中所述电解质包含钠、钙、镁或钾阳离子，所述阳极和阴极离子交换膜均为阳离子交换膜。
38.如权利要求31所述的方法，其中所述电解质包含氯、硫酸根或溴阴离子，所述阳极和阴极离子交换膜均为阴离子交换膜。
39.如权利要求31所述的方法，其中所述电解质选自Na2SO4、NaCl、NaOH、HCl、Na3Fe(CN)6、Na2S4O6、Na2S2O3、Na4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6、K4Fe(CN)6、Na2S2O3、NH4Cl、NH4、Na2Cr2O7和CrCl3。
40.如权利要求31所述的方法，还包括从所述阳极和阴极电解质室中的一个向所述阳极和阴极电解质室中的另一个泵送电解质以便在所述阳极和阴极电解质室中的一个中形成的电化学反应副产物可在所述电解质室中的另一个用作反应物。
41.如权利要求26所述的方法，还包括：
(a)使浓液流经第一和第二电解质室，所述第一电解质室在一侧上以第一离子交换膜为界并与第一离子交换膜离子连通而在另一侧上以多孔的第一端板为界并与多孔的第一端板离子连通，所述第二电解质室在第一侧上以第二离子交换膜为界并与第二离子交换膜离子连通而在另一侧上以多孔的第二端板为界并与多孔的第二端板离子连通，所述第一和第二电解质室分别经由所述第一和第二离子交换膜与所述产物室离子连通；和
(b)将所述多孔的第一和第二端板浸没在导电浴内使得离子电流在所述导电浴与所述多孔的第一和第二端板之间流动。
42.一种盐水脱盐的方法，所述方法包括：
(a)通过下列步骤利用相互离子连通的多个驱动电池来产生驱动电压：
(i)使第一离子浓度的稀液流过各驱动电池的稀液室；
(ii)使第二离子浓度的浓液流过各驱动电池的浓液室，所述第二离子浓度大于所述第一离子浓度，各驱动电池的所述浓液室和稀液室共用阴离子交换膜和阳离子交换膜中之一，使得阴离子或阳离子通过所述交换膜从所述浓液室流向稀液室；
(b)在产物室上施加驱动电压，待脱盐的盐水流经所述产物室并且所述产物室与所述驱动电池离子连通，所述产物室在一侧上以产物室阴离子交换膜为界并与产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜为界并与产物室阳离子交换膜离子连通，其中所述驱动电压等于或大于所述产物室的脱盐电压，使得阳离子和阴离子分别从盐水迁移通过所述产物室阳离子和阴离子交换膜，和
(c)使所述驱动电压的极性改变，以防止所述阴离子和阳离子交换膜结垢，
其中离开所述产物室的盐水具有低于离开所述稀液室的稀液的离子浓度。
43.如权利要求42所述的方法，还包括使离子浓度高于或等于待脱盐的盐水的溶液流经阴离子和阳离子释放室，所述阴离子和阳离子释放室分别经由所述产物室阴离子交换膜和所述产物室阳离子交换膜与所述产物室离子连通。
44.如权利要求42所述的方法，其中所述稀液和所述待脱盐的盐水相同。
45.如权利要求42所述的方法，其中所述稀液和所述浓液为盐水，所述浓液的盐浓度大于所述稀液的盐浓度。
46.如权利要求42所述的方法，还包括使电解质流经阳极和阴极电解质室，所述阳极电解质室在第一侧上以阳极堆端部离子交换膜为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阳极为界并与阳极电连通，所述阴极电解质室在第一侧上以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上以阴极为界并与阴极电连通，所述阳极和阴极电解质室分别经由所述阳极和阴极堆端部离子交换膜与所述产物室离子连通，所述阳极和阴极彼此电连通以便电子从所述阳极流向所述阴极。
47.如权利要求42所述的方法，其中所述稀液为流经所述阴离子和阳离子释放室的溶液。
48.如权利要求42所述的方法，其中所述稀液和所述浓液以逆流方向分别流经所述稀液室和所述浓液室。
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