CN106715339B - 用于在电化学分离装置中向电池对提供入口和出口的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于处理水的电化学处理装置和组装装置的方法。所公开的掩蔽和灌封技术允许将单独的进料递送到耗尽隔室和浓缩隔室和/或从耗尽隔室和浓缩隔室收集单独的进料。

Description

用于在电化学分离装置中向电池对提供入口和出口的方法和 系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年11月26日提交的题为“METHODS OF PROVIDING INLETS ANDOUTLETS TO CELL PAIRS IN WOUND ED DEVICES”的美国临时专利申请序号62/084,660的优先权，其出于所有目的据此通过引用以其整体并入本文。
技术领域
一个或更多个方面一般涉及电净化设备及组装其的方法。
概述
根据一个或更多个方面，公开了一种电化学分离装置。该装置可以包括第一电极、围绕第一电极缠绕以形成线盘(bundle)的多个电池对、浓缩流通道、稀释流通道和环绕该线盘的第二电极。所述多个电池对中的每一个包括离子浓缩隔室和相邻的离子稀释隔室。离子浓缩隔室包括具有掩蔽部分和灌封部分的第一间隔件。相邻的离子稀释隔室可以包括具有掩蔽部分和灌封部分的第二间隔件。第一间隔件和第二间隔件的掩蔽部分和灌封部分是呈交替对准(alternating alignment)。浓缩流通道延伸通过第一间隔件的掩蔽部分和第二间隔件的灌封部分，浓缩流通道与离子浓缩隔室流体连通并且与离子稀释隔室流体隔离。稀释流通道延伸通过第一间隔件的灌封部分和第二间隔件的掩蔽部分，稀释流通道与离子浓缩隔室流体隔离并且与离子稀释隔室流体连通。
根据一个或更多个方面，所述装置还可以包括靠近所述线盘的歧管块，所述歧管块包括与所述稀释流通道流体连通的稀释流端口。歧管块还可以包括与浓缩流通道流体连通的浓缩流端口。稀释流端口可以与稀释进料源流体连通。浓缩流端口可以与浓缩进料源流体连通。稀释进料源可以不同于浓缩进料源。第一电极可以包括直线部分，所述直线部分在每一端处具有半圆形部分以界定大体上长形的S形阳极。线盘的横截面可以具有大体上直线的部分和弯曲部分，所述弯曲部分在大体上直线的部分的第一端和第二端处。掩蔽部分中的每个可以包括环绕间隔件的一部分的套筒。套筒可以包括在接缝处连接的一对不渗透薄膜。掩蔽部分中的每个可以包括焊接到间隔件的一对不渗透薄膜。该装置还可以包括中心毂，中心毂包括与稀释流通道和稀释进料的来源流体连通的稀释端口。中心毂还可以包括与浓缩流通道和浓缩进料的来源流体连通的浓缩端口。稀释进料的来源和浓缩进料的来源可以是不同的。线盘可以包括多于20个电池对。线盘可以具有跑道构型。线盘可以包括多于50个电池对。大体上直线的部分的长度与弯曲部分中的每一个的半径的比率大于零。弯曲部分的曲率半径可以不取决于电池对的数目。
还其他的方面、实施方案以及这些示例性方面和实施方案的优点在下文详细讨论。此外，应理解，前述信息和以下详细描述两者均仅仅是各个方面和各种实施方案的说明性的实例，并且意图提供用于理解所要求保护的方面和实施方案的性质和特性的综述或框架。附图被包括，以便提供对于各个方面和实施方案的说明以及进一步的理解，并且该附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图与本说明书的剩余部分一起用于解释所描述的和要求保护的方面和实施方案的原理和操作。
附图简述
以下参考附图讨论多个实施方案的各个方面，这些附图不意图按比例绘制。该附图被包括，以便提供对于各个方面和实施方案的说明以及进一步的理解，并且该附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部份，但不意图作为本发明的限制的定义。在附图、详细描述或任一权利要求中的技术特征跟随参考标记的情况下，包括这些参考标记的唯一目的是增强对于附图和说明书的可理解性。在附图中，在各个图中示出的每个相同的或近似相同的部件由相同的数字来表示。为了清楚的目的，不是每一个部件可以被标记在每一张图中。在附图中：
图1提供根据一个或更多个实施方案的电化学分离装置的横截面示意图；
图2a和图2b提供根据一个或更多个实施方案的电化学分离装置的示意性的横截面图和透视图；
图3提供根据一个或更多个实施方案的容纳在容器中的电化学分离装置的示意图；
图4提供根据一个或更多个实施方案的从中心毂到电化学分离装置的缠绕电池对的入口的流动模式(flow pattern)的示意图；
图5提供根据一个或更多个实施方案的从缠绕电池对的出口到收集歧管的各种流动模式的示意图；
图6提供根据一个或更多个实施方案的掩蔽间隔件筛(masked spacer screen)的示意图；
图7提供根据一个或更多个实施方案的电池对的分解图示意图；
图8提供根据一个或更多个实施方案的放置在一对块内的电池对的线盘的分解图示意图；
图9提供根据一个或更多个实施方案的放置在一对块内的电池对的线盘的示意图；
图10提供根据一个或更多个实施方案的灌封电池对的线盘的示意图；
图11提供根据一个或更多个实施方案的放置在一对块内的电池对的线盘的一部分的示意图；
图12提供从稀释隔室到出口端口的流动模式的示意图；
图13a和图13b提供根据一个或更多个实施方案的掩蔽间隔件筛的分解图和示意图；
图14提供根据一个或更多个实施方案的掩蔽间隔件筛的示意图；
图15提供根据一个或更多个实施方案的电池对的分解图示意图；
图16a、图16b和图16c提供根据一个或更多个实施方案的离子交换膜和隔室间隔件的示意图；
图17提供根据一个或更多个实施方案的电池对部件的分解图示意图；
图18提供根据一个或更多个实施方案的组装的电池对部件的示意图；
图19提供根据一个或更多个实施方案的环氧树脂灌封容器的示意图；
图20提供根据一个或更多个实施方案的灌封线盘的示意图；
图21提供根据一个或更多个实施方案的用于具有缠绕电池对的电化学处理装置的中心毂的示意图；
图22提供根据一个或更多个实施方案的用于具有缠绕电池对的电化学处理装置的中心毂的横截面示意图；
图23提供根据一个或更多个实施方案的在中心毂内的各种流动模式的示意图；以及
图24提供根据一个或更多个实施方案的在中心毂内的各种流动模式的示意图。
详细描述
用于使用电场净化流体的电化学处理装置通常用于处理含有溶解的离子物质的水和其他流体。以这种方式处理水的两种类型的装置是电去离子装置和电渗析装置。在这些装置内的是被离子选择性膜分开的浓缩隔室和稀释隔室。电渗析装置通常包括交替的电活性半渗透的阴离子交换膜和阳离子交换膜。在膜之间的空间被构造成产生具有入口和出口的流体流动隔室。经由电极施加的外加电场(applied electric field)引起溶解的离子，该溶解的离子被吸引到它们各自的对电极，以迁移通过阴离子交换膜和阳离子交换膜。这通常导致稀释隔室的液体被耗尽离子，以及在浓缩隔室中的液体富集有转移的离子。
电去离子(EDI)是使用影响离子传输的电势和电活性介质从水中移除或至少减少一种或更多种离子化的物质或可离子化的物质的过程。电活性介质通常用来交替地收集并且排出离子物质和/或可离子化的物质，并且在一些情况下，用来通过离子取代反应机制或电子取代反应机制(ionic or electronic substitution mechanism)促进离子的传输，这可以是连续的。EDI装置可以包括永久电荷或暂时电荷的电化学活性介质，并且可以分批地、间歇地、连续地和/或甚至以反极性模式来操作。EDI装置可以被操作以促进特定地设计成实现或增强性能的一个或更多个电化学反应。另外，此类电化学装置可以包括电活性膜，诸如半渗透的或选择性渗透的离子交换膜或双极性膜。连续电去离子(CEDI)装置是本领域技术人员已知的EDI装置，其以这样的方式操作，在该方式中，水的净化可以连续地进行，同时连续地再生离子交换材料。CEDI技术可以包括诸如连续去离子、填充池电渗析或电透析(electrodiaresis)的工艺。在CEDI系统中，在受控的电压和盐度的条件下，水分子可以被裂解以产生氢离子或水合氢离子或物质以及氢氧化物或氢氧根离子或物质，它们可以在装置中使离子交换介质再生并且因此促进从其中释放被捕集的物质。以这种方式，可以连续地净化待被处理的水流，而无需离子交换树脂的化学再填充。
电渗析(ED)装置以与CEDI类似的原理操作，除了ED装置通常在膜之间不包含电活性介质。由于没有电活性介质，ED的操作可能由于升高的电阻而对于低盐度的给水受阻。而且，因为ED对于高盐度的给水的操作能够导致升高的电流消耗，所以迄今为止，ED设备已经最有效地用于中等盐度的源水。在基于ED的系统中，因为没有电活性介质，所以裂解水是低效率的，并且通常避免以这种方式操作。
在CEDI装置和ED装置中，多个相邻的电池或隔室通常通过选择性渗透膜分离，这些选择性渗透膜允许带正电荷的物质或带负电荷的物质通过，但通常不允许两者都通过。在此类装置中，稀释隔室或耗尽隔室通常与浓缩隔室或浓缩隔室(concentrating orconcentration compartment)间隔。在一些实施方案中，电池对可以指的是一对相邻的浓缩隔室和稀释隔室。当水流经耗尽隔室时，离子和其它带电荷的物质通常在电场诸如DC场的影响下被吸引到浓缩隔室中。带正电荷的物质朝向通常位于一端处的阴极吸引，并且类似地，带负电荷的物质朝向这样的装置的通常位于相对端处的阳极吸引。电极通常容纳在电解质隔室中，电解质隔室通常部分地与耗尽隔室和/或浓缩隔室流体连通地隔离。在浓缩隔室中后，带电荷的物质通常被至少部分地界定浓缩隔室的选择性渗透膜的屏障所捕集。例如，通常通过阳离子选择性膜防止阴离子进一步朝向阳极从浓缩隔室中迁移出。在捕获在浓缩隔室中后，所捕集的带电荷的物质能够在浓缩流中被移除。
在CEDI装置和ED装置中，通常从施加于电极(阳极或正电极，以及阴极或负电极)的电压源和电流源将DC电场施加于电池。电压源和电流源(统称“电源”)本身可以由多种手段来供电，诸如AC电源，或例如源自太阳能动力、风力发电或波浪能的电源。在电极/液体界面处，发生电化学半电池反应，其启动和/或促进离子穿过膜和隔室的传输。在容纳电极组件的专用隔室中，通过盐的浓度可以在一定程度上控制在电极/界面处发生的特定电化学反应。例如，至氯化钠高的阳极电解质隔室的进料将趋于产生氯气和氢离子，而至阴极电解质隔室的这种进料将趋于产生氢气和氢氧根离子。通常，在阳极隔室处所产生的氢离子将与诸如氯离子的游离阴离子相关联，以保持电荷中性并产生盐酸溶液，并且类似地，在阴极隔室处所产生的氢氧根离子将与诸如钠的游离阳离子相关联，以保持电荷中性并产生氢氧化钠溶液。电极隔室的反应产物，诸如产生的氯气和氢氧化钠，可以根据需要在工艺中使用，以用于消毒目的、用于膜清洁和除污的目的以及用于pH调节的目的。
在板框式ED设计中，稀释流和浓缩流是平行的，即协流、逆流或错流。在螺旋缠绕式设计中，装置可以构造成具有膜和筛，所述膜和筛围绕中心中的电极以螺旋缠绕；另一电极环绕周边。稀释流和浓缩流能够以螺旋路径径向地、向内或向外、协流地或逆流地流动。可选择地，流中的一个流可以是径向的，并且另一个流在轴向方向上。在一些构型中，内电极是阳极，并且外电极是阴极。给水比如海水被引入中心中并且进料到稀释隔室和浓缩隔室。两个流均朝向阴极以螺旋路径向外流动。螺旋线盘的端部用灌封胶密封。在螺旋隔室的外端处收集产物和废弃物(reject)。
常规螺旋缠绕式设计可以具有超过板框式设计的某些优点。其仅有的泄漏电流是沿着螺旋路径而不是穿过膜流动并且预计为最小的电流。装置的组装具有较少步骤并且较容易自动化。板框式的部件(比如间隔件)不是必需的。螺旋缠绕式设计也具有某些缺点，包括电流密度随着距内电极的距离增加而减少，这样，离子从稀释流转移的速率随着稀释流向外螺旋而减小。为了移除应用所需要的离子量，膜面积可以通过增加螺旋的长度来增大，或稀释速度可以被减小，从而增加滞留时间。增大膜面积和螺旋长度增加了膜的成本和压降。另外的膜面积进一步远离具有甚至更低的电流密度的内电极。此外，因为从稀释隔室到浓缩隔室的水损失由于电渗透和渗透而存在，所以最终产物水的流速被进一步减小，使得每单位产物的能量和资本成本增大。因此，有可能在其中成本竞争力设计不是可能的收益缩减(diminishing return)的方案中。电池对的数目并且因而产物流速，被阳极部段之间的间隙的大小和缠绕大量片材的困难所限制。然而，增大部段的半径增加了阳极的成本，该阳极必须由昂贵的抗氧化材料比如钛涂铂制成。为了实现需要的盐移除，阳极处的电流密度可以是不可接受地高的，近似几百amp/m2。
根据一个或更多个实施方案，可以改进电化学分离系统的效率。电流损失是低效的一个可能来源。在一些实施方案中，可以解决电流泄漏的可能性。电流效率可以被定义为有效地将离子从稀释流移动出来进入浓缩流中的电流的百分比。电流低效的各种来源可以存在于电化学分离系统中。例如，在错流装置中，低效的一种可能来源可能涉及通过流经稀释流入口歧管和出口歧管以及浓缩流入口歧管和出口歧管而绕过电池对的电流。打开的入口歧管和出口歧管可以与流动隔室直接流体连通，并且可以降低在每个流动路径中的压降。从一个电极到另一个电极的电流的部分可以通过流经开口区域而绕过电池对的堆。旁路电流降低电流效率并且增加能量消耗。低效的另一种可能来源可能涉及由于离子交换膜的不完善的通透选择性所造成的从浓缩流进入稀释流的离子。在一些实施方案中，各种技术和设计可以有利于电流泄漏的减少。根据一个或更多个实施方案，诸如跑道构型的装置构型可以提供与螺旋设计相关联的某些优点，同时最小化其缺点。在2013年3月15日提交的专利申请PCT/US2013/032068中描述了具有以跑道图案缠绕的电池对的电化学处理装置，该专利申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
根据一个或更多个实施方案，电化学分离装置可以包括限制或防止电流泄漏的构型，诸如跑道构型，当从一个电极到另一个电极的电流的一部分可以通过流经开口区域而绕过电池对的堆时，电流泄漏发生。根据一个或更多个实施方案，在隔室内的流动可以被调节、重新分配或重新定向，以提供流体与隔室内的膜表面的较大的接触。可以构造并布置隔室以重新分配在隔室内的流体流动。隔室可以具有障碍物、凸出物、突起(protrusion)、凸缘或挡板，这些可以提供重新分配通过隔室的流动的结构。在某些实施方案中，障碍物、凸出物、突起、凸缘或挡板可以被称为流动再分配器。流动再分配器可以存在于电池堆的隔室中的一个或更多个隔室中。
在用于电净化设备的电池堆中的隔室中的每个隔室可以被构造并布置成提供用于流体接触的预定百分比的表面积或膜利用率。已经发现的是，在电净化设备的操作中，较大的膜利用率提供较大的效率。实现较大的膜利用率的优点可以包括较低的能量消耗、设备的较小占地面积、通过该设备的较少的通道以及较高品质的产物水。在某些实施方案中，可以实现的膜利用率大于65％。在其他实施方案中，可以实现的膜利用率大于75％。在某些其它的实施方案中，可以实现的膜利用率可以大于85％。膜利用率可以至少部分地取决于用于使膜中的每一个膜彼此固定的方法和任何间隔件的设计。为了获得预定的膜利用率，可以选择适当的固定技术和部件，以便实现可靠且安全的密封，该密封允许电净化设备的最佳操作，而不会遇到在设备内的泄漏。在一些实施方案中，堆生产工艺(stackproduction process)可以包括热粘合技术，以最大化膜利用率，同时维持可以在该工艺中使用的膜的大表面积。
本公开内容的电净化设备还可以包括包封(enclose)电池对的外壳。根据一个或更多个实施方案，外壳可以包括电极。电极中的一个或两者可以如本文讨论的被分段。框架结构或支撑结构可以被定位在外壳和电池对之间，以提供对电池对的另外的支撑。该框架结构或支撑结构还可以包括可以允许液体流入和流出电池对的入口歧管和出口歧管。框架结构或支撑结构与电池对一起，可以提供电净化设备模块化单元。电净化设备还可以包括被固定在外壳内的另外的模块化单元。
本发明不限制电渗析设备的用途。诸如反向电渗析(RED)、电去离子(EDI)或连续电去离子(CEDI)的其他电化学去离子装置也可以使用类似的构型来构造。可能的应用包括，例如海水的脱盐，以及半咸水和来自油气生产的盐水的处理。
根据一个或更多个实施方案，提供了电化学分离装置。如提到的，在一些实施方案中，电化学分离装置可以是电渗析装置。根据某些实施方案，电化学分离装置可以包括电极和至少一个电池对。电池对可以包括稀释隔室和浓缩隔室，各自由周围的阴离子交换膜和阳离子交换膜形成。在至少一些实施方案中，电池对可以围绕电极缠绕以形成线盘。线盘可以由围绕电极缠绕的一组或更多组电池对组成。缠绕线盘可以具有跑道构型。在各种实施方案中，电化学分离装置还可以包括第二电极，第二电极构造成环绕以跑道构型缠绕的线盘。电极中的一个或两者可以被分段以适应线盘构型。在某些实施方案中，电化学分离装置还可以包括用于促进流体流经线盘的至少一个电池对的歧管。
根据一个或更多个实施方案，跑道构型可以组合板框式ED装置和螺旋缠绕ED装置的优点。如示出的，在由阳极部段和阴极部段的大体上水平的或直线的侧部分界定的膜区域中，膜是平面的且平行的，如在板框式装置和错流装置中。电流密度大体上是均匀的，并且离子从稀释隔室移除的速率不是距内电极的距离的函数。在离子转移中仅有的不活泼的膜区域是封装在灌封化合物中的小部分。如在错流装置和螺旋缠绕装置中，可以实现超过85％的膜利用率。最小的泄漏电流是沿着跑道路径流动而不是穿过膜流动的电流。结果，可以实现高电流效率。在一些实施方案中，可以实现至少约60％的电流效率；在其他实施方案中，可以实现至少约70％的电流效率。在还其他实施方案中，可以实现大于80％的电势电流效率；在一些情况下，可以实现多达85％的电流效率。在一些实施方案中，可以实现多达95％的电流效率。本构型的另一个优点是，装置的组装相对简单，比常规板框式装置组装中的步骤涉及较少的步骤，并且因此可以较容易自动化。
根据一个或更多个实施方案，具有跑道构型的装置可以包括用于最佳化的许多变量，包括电池对的数目、内部电极中大体上直线的侧部分的长度、围绕内电极的绕组(windings)的数目和流动路径的长度、在稀释隔室和浓缩隔室的入口处的流速、以及膜间间隔、以及稀释隔室和浓缩隔室中的筛的类型，这些可以是相同或不同的。使跑道路径的弯曲的侧部分中的膜区域经受非均匀的电流密度，如在螺旋缠绕装置中。在装置构型的这些弯曲部分中，在操作中可以观察到离子移除随着距内电极的距离减小的速率；结果，随着绕组数目的增加，可能存在成本竞争力的收益缩减。
图1是以整体阳极110和分段阴极120为特征的具有跑道构型的电化学分离模块100的示意性横截面图。包括阴离子交换膜和阳离子交换膜的电池对的两个堆可以围绕阳极110缠绕以形成线盘。阴极120可以被分割成环绕线盘的两个部分。可选择地，阴极可以是连续结构。给水诸如海水可以被引入入口130中，入口130被示出定位成接近模块的接近阳极110的中心。水可以通过入口130进料到模块的稀释隔室和浓缩隔室。当水朝向阴极120向外流动时，水被处理。在给水已经在稀释隔室和浓缩隔室中处理之后，相应的产物流和废弃物流在模块的外端处被收集并通过出口140离开。在一些实施方案中，模块可以被构造成使得稀释流和浓缩流以大体上缠绕的流动路径从阳极彼此协流地流动到阴极。可选择地，模块可以被构造成使得稀释流和浓缩流彼此逆流地流动。在另一实施方案中，模块可以被构造成使得稀释流和浓缩流中的一个以大体上缠绕的流动路径从阳极流动到阴极，而稀释流或浓缩流中的另一个以垂直于另一个流的大体上轴向的方向流动。此特定构型在其中给水的电导率是低的应用中可以是合适的。在还其他实施方案中，模块可以被构造成使得稀释流和浓缩流从外部阴极向内流动到内部阳极。尽管被描述为具有外部阴极和内部阳极，但应理解，可选择的布置可以包括内部阴极和外部阳极。
为了清楚起见，注意到，在图1中，部件的厚度被放大，并且每个堆仅示出两个电池对，其中电池对围绕阳极缠绕两次。在实践中，可以存在另外的电池对和相关联的绕组。
在一些非限制性实施方案中，阳极110可以通过采用平板并且然后弯曲或卷动(roll)端部来制造。可选择地，阳极可以通过将平板的部分焊接至半圆柱形状的部分来构造。阳极的基片可以由各种材料诸如钛来制造，并且可以进一步涂覆在具有抗氧化材料(诸如铂、氧化铱、氧化钌、锡及其混合物)的表面上。例如，阳极可以由涂覆有铱和锡的钛形成。阴极可以由各种材料形成，诸如316不锈钢。根据一些实施方案，膜可以在构造上是均质的并且为0.025mm厚，并且筛可以为0.25mm厚，产生厚度为0.55mm的电池对。这些尺寸将允许50个电池对的堆随后能够装配到半径为13.8mm的端部部分中。离子交换膜可以选自用于电化学处理装置中诸如用于本文所描述的常规的ED装置和EDI装置中的常规材料。在一些实施方案中，离子交换膜例如可以是在于2014年4月22日发布的美国专利第8,703,831号和于2015年5月5日发布的美国专利第9,023,902号中描述的膜，这两个专利均转让给EvoquaWater Technologies Pte.Ltd.，并且其内容通过引用并入本文。在一些实施方案中，阳离子交换膜可以包括微孔膜支撑物和交联阳离子转移聚合物，交联阳离子转移聚合物填充微孔膜支撑物并且包含一种或更多种离子源单体、中性单体和多功能单体的聚合产物。这种阳离子交换膜可以具有约0.05微米至约10微米之间的孔。多孔膜基片可以小于约155微米厚。在一些实施方案中，多孔膜基片可以小于约55微米厚。在一些实施方案中，阳离子交换膜可以具有大于约45％的孔隙率。阳离子交换膜可以具有大于约95％的通透选择性和不大于约1.0ohm-cm2的电阻率。
在一些实施方案中，阴离子交换膜可以包括微孔膜支撑物和交联阴离子转移聚合物，交联阴离子转移聚合物填充微孔膜支撑物并且包含一种或更多种离子源单体、中性单体和多功能交联单体的聚合产物。这种阴离子交换膜可以具有约0.05微米至约10微米之间的孔。多孔膜基片可以小于约155微米厚。在一些实施方案中，多孔膜基片可以小于约55微米厚。在一些实施方案中，阴离子交换膜可以具有大于约45％的孔隙率。阴离子交换膜可以具有大于约94％的通透选择性和不大于约1.0ohm-cm2的电阻率。
图2a是以分段阳极210和分段阴极220为特征的具有跑道构型的电化学分离模块200的示意性横截面图。阳极可以被分段成两个部分，并且包括阴离子交换膜和阳离子交换膜的电池对的两个堆围绕分段阳极210的部分缠绕以形成线盘。以与图1中所示出和所描述的布置类似的方式，给水可以被引入入口230中，入口230被示出定位成接近模块的接近阳极210的中心。然后，水可以继续朝向阴极220向外流动，并且通过产物和废弃物出口240离开模块。图2b是图1中所示的可可选择地构造的模块的透视图。分段阳极可以允许模块的构造更加灵活。例如，阳极的弯曲部分的半径和线盘的弯曲部分的半径可以独立于电池对的数目，因为分段阳极的直线部分之间的距离可以变化。
图3是具有待被定位在容器中的缠绕线盘的跑道构型的电化学分离模块的示意图。具有这种跑道构型的模块可以被支撑在各种构型的容器中。根据一个或更多个非限制性实施方案，在一个或更多个电池对围绕内部电极缠绕之后，线盘端部中的一个或两个被密封在灌封胶380中，灌封胶380可以根据需要或在必要时进行固化和修整以将端部定位在外壳或容器中。然后可以将灌封的线盘插入容器中，诸如圆柱形容器390。容器还可以包括一个或更多个端块(未示出)，用于密封、支撑、以及与线盘流体连通和电连通。一个或更多个出口歧管385可以包括用于产物流和废弃物流的出口。入口歧管还可以与线盘流体连通。线盘和容器内部部分之间的任何间隙或开口还可以填充有波状的部件或材料(未示出)，使得容器390用以支撑线盘的外周边。如提到的，容器390可以由一个或更多个端块(未示出)固定和闭合，所述端块还可以提供与入口端口和出口端口的连通以及与电极的电连接。如果使用波状的部件或材料来将电池对的线盘固定在外壳或容器内，则它们可以由低成本、非反应性且非腐蚀性的材料制成，诸如通过模制技术或机械加工技术形成的塑料材料。波状的部件或材料还可以用以支撑电池对的线盘，或进行其他功能。例如，波状的部件或材料中的一个或更多个可以包含一个或更多个歧管，用于从废弃物流或产物流中收集流出物并且将该流出物发送(route)至相应的端口。在某些实施方案中，波状的部件或填充剂材料对于模块的操作可能不是必需的。例如，灌封的线盘可以插入容器中，并且端块可以被附接。填充剂材料然后可以注入线盘和容器的内表面之间的空腔中。合适的填充剂材料的实例包括刚性或半刚性的灌封化合物和密封剂泡沫，所述刚性或半刚性的灌封化合物和密封剂泡沫可以在被注入空腔中之后膨胀和固化。容器390可以构造成任何常见的或不规则的形状。某些容器构型可以使多个装置能够定位到容器中。容器可以是适合于表现为用于所描述的线盘构型的外壳的任何形状。
如示出的和描述的，在一些实施方案中，由缠绕的阴离子交换膜和阳离子交换膜与阳极形成的线盘的横截面可以具有大体上水平的或直线的侧部分和在大体上直线的部分的第一端和第二端处的弯曲部分。在某些实施方案中，电流密度贯穿线盘的大体上直线的部分可以是大体上均匀的。此外，离子从稀释隔室移除的速率不是距内电极的距离的函数。这些是超过螺旋缠绕装置的独特优点，因为在此类型的构型中，电流密度可以随着距内电极的距离增加而降低。这意味着从稀释流的离子转移速率随着稀释流向外螺旋而减小。为了实现期望水平的离子移除，内电极处的电流密度可以是不可接受地高的(近似几百amp/m2)。此外，膜面积可能必须通过增大螺旋的长度或通过减小穿过稀释隔室的流速来增大。这两种方式均需要，滞留时间被增加，并且可以有助于横跨装置的压降的增大。此外，增大膜面积和螺旋长度可能增加制造膜和操作膜两者的成本。此外，与电渗透和渗透相关联的水损失可以有助于产物流的减小的流速。螺旋缠绕装置还可能由于以下事实而不利，电池对的数目并且因此产物离开装置的流速可能被阳极部段之间的间隙大小以及将大量的电池对围绕中心电极缠绕的困难所限制。增大螺旋缠绕装置中分段的内电极的半径可能增大电极的成本，并且该另外的成本可能是显著的。跑道构型的使用可以最小化与螺旋缠绕装置相关联的这些缺点中的一个或更多个。
弯曲部分通常呈现出可以随曲线半径变化的不均匀电流密度。因此，本构型可以变得更有效，因为它们包括大体上直线的部分。在整个大体上直线的部分中呈现出的均匀的电流密度可以降低弯曲部分中的非均匀电流密度的影响。因此，在各种实施方案中，大体上直线的部分的长度与弯曲部分的半径的比率大于零。当大体上直线的部分的长度增加时，该比率可以变得较大；可选择地，当大体上直线的部分的长度减小时，该比率可以减小并且接近零(如果线盘不具有如在球形构型中的大体上直线的部分，则该比率为零)。在至少一个实施方案中，弯曲部分的曲率半径可以不取决于电池对的数目。根据一些实施方案，每个弯曲部分的半径等于约电池对的一个堆的厚度。在各个方面中，阴离子交换膜和阳离子交换膜沿着线盘的大体上直线的部分是平面的且平行的。在一些实施方案中，线盘可以具有两个对称轴。在还另一个实施方案中，弯曲部分可以不同于半圆形，诸如椭圆形或其他弯曲形状。
在各种实施方案中，电化学分离装置中的一个或更多个可以用于水处理系统。水处理系统还可以包括其他的部件和装置，比如传感器和控制装置、另外的歧管和分配组件、存储装置以及另外的处理装置。在一些方面中，电化学分离装置中的一个或更多个可以被并入现存的水处理系统中。待被处理的合适的水源的非限制性实例包括饮用水源例如城市用水或井水、非饮用水源例如半咸水或盐水、预处理的半纯净水及其任何组合。
用于将进料递送到装置的入口的方法和系统的一个或更多个实施方案可能需要共同的进料以供应隔室和电池对。结果，相同的水源供应稀释隔室以及浓缩隔室。因此，这样的系统可能限制将模块并入水处理系统中的能力。这种系统的综合利用性特别在控制能量消耗和产物水品质方面被限制。图4是通过电化学分离装置400的示例性流动模式的示意图，其中，中心入口毂410将相同的给水供给到缠绕电池对420的所有隔室，如流动方向箭头430所示的。
此外，用于从电化学处理装置中的缠绕电池对的出口收集产物流和废弃物流的系统的一个或更多个实施方案可以限制可以在给定的装置和区域中实施的电池对的数目。这些方法和系统可能需要使用具有膜的歧管，所述膜将使用机械密封件例如O形环密封至块体的稀释隔室和浓缩隔室分离。在一个这样的实施方案中，歧管500在图5中示出。离开每个稀释隔室510的产物流动流560被收集在第一歧管540(产物收集歧管)中，并且从电化学处理装置中导引出。类似地，离开浓缩隔室520的废弃物流动流570被收集在第二歧管550(废弃物收集歧管)中。
如图5中所示，稀释隔室510和浓缩隔室520的间隔件被间隔开以用于O形环密封件530定位在部件之间。例如，对于约10mm的间距，电池对将需要20mm的距离。因此，包括例如五个电池对的装置中的每个歧管的长度至少为100mm。基于当前的工艺和经济模型，具有这种构型的商业电化学装置可能需要20-50个电池对每线盘。歧管系统和方法因此可能是大的并且可能难以实施。
根据一个或更多个实施方案，公开了进料和歧管系统的替代方案。根据一个或更多个实施方案，提供了可以将每线盘较大数目的电池对容纳在紧凑空间中的系统。
根据一个或更多个实施方案，公开了用于将分离的进料流供给到电化学处理装置中的稀释隔室和浓缩隔室并且从其中收集分离的产物流和废弃物流的方法和系统。构造这种系统的方法可以包括将部件选择性地嵌入密封材料中并且其后钻出策略通道(strategic passage)，以提供在入口端口或出口端口与稀释隔室或浓缩隔室之间的连通。
根据一个或更多个实施方案，制造系统部件的方法可以包括本文参照附图描述的一系列步骤。如图6中所示，流动隔室600可以包括间隔筛(spacer screen)。示出呈两件的不渗透薄膜620，可以通过与其间的间隔筛610结合或焊接而形成接缝670，以形成间隔筛610的掩蔽部分630。焊接薄膜620将在随后的灌封步骤期间防止环氧树脂填充间隔筛610的掩蔽部分630。还没有被掩蔽的间隔筛610的相邻部分640可以填充有环氧树脂并且变成灌封部分。在图6中所示的实施方案中，间隔筛610预先冲压(pre-punch)有与流动通道的位置和直径匹配的孔660。
示出的间隔筛610的部分用作螺旋路径(入口到隔室)的开始，如由流动方向箭头650所示。还应当理解，可选择的布置可以包括在相对的方向上的流动。隔室的该部分还可以用作出口，因为类似的公开的方法可以用于促进在电池对的线盘的入口处和出口处的流体流的分离(segregation)。同样，间隔筛610可以是稀释隔室或浓缩隔室的一部分，因为应用类似的技术。
将薄膜620结合或焊接在一起的步骤可以通过任何已知的方法来实现。例如，薄膜620可以通过利用加热带的脉冲加热器或超声波焊接机来热焊接。根据某些实施方案，薄膜和筛两者均被熔化在一起以形成接缝，该接缝对于在稍后的步骤被引入的密封材料是不渗透的。优选地，间隔筛和薄膜的材料和厚度允许在一个操作中完成焊接。可选择地，筛上的焊接区域可以被预热和压缩以使间隔筛线(spacer screen strand)塌陷。然后可以将薄膜定位在筛的两侧上，同时可以应用热以穿透所有三个部件并形成接缝。
用于薄膜的潜在材料包括可焊接且具有低渗透性的材料。这种材料的实例包括但不限于聚氯乙烯(PVC)和聚酯。
图7提供了电池对700的分解图，其中关于图6描述的焊接操作，可以与浓缩间隔筛720和稀释间隔筛760一起使用。稀释间隔筛760和浓缩间隔筛720的掩蔽部分740是关于间隔筛的纵向中心线的镜像，将筛的掩蔽部分740和待灌封部分730放置成交替对准。完成电池对700的阴离子交换膜750和阳离子交换膜710也在图7中示出。
根据一个或更多个实施方案，包括线盘的多个电池对被堆叠并且夹在两个块之间，其中至少一个块具有连接到端口的内部通道。在图8中以分解图示出的示例性系统800中，电池对810的线盘被放置在顶部块820和底部块830之间。底部块830包括流动通道840和流动通道845，其在操作中将允许一个或更多个进料源分别与稀释隔室和浓缩隔室之间的流体连通。
如图8和图9中所示，系统800的边缘850与电化学分离装置中的电池对810的线盘的边缘一起用粘合剂灌封。由薄膜覆盖的间隔筛的端部部分860可以用相同的粘合剂灌封，如图10中所示。
在粘合剂已经凝固(set)和固化之后，通道870和通道875通过钻穿顶部块820并钻穿电池对810的灌封端部部分860进入底部块830中来形成，直到通道870和通道875分别与内部流动通道840和内部流动通道845相交，如图11中所示。稀释通道870通过稀隔隔室的掩蔽部分，并且允许稀释隔室与稀释端口840连通。同样，浓缩通道875通过浓缩隔室的掩蔽部分，并且允许浓缩隔室与浓缩端口845连通。顶部块820中的孔可以使用塞子、粘合剂、螺纹塞或这些或其它装置的一些组合来密封。
图12是示出产物从稀释隔室通过内部通道流动到稀释出口端口的剖视图，如由产物/稀释流动方向箭头880所示。焊接到稀释筛的薄膜掩蔽筛并且防止粘合剂在出口通道870处穿透到稀释隔室890中。浓缩隔室895的相邻筛不被薄膜保护，并且填充有粘合剂以形成灌封间隔筛部分。因此，在浓缩隔室895和稀释通道870之间不存在流体连通。穿过浓缩出口端口875的剖视图将示出流经浓缩隔室895的废弃物流，浓缩隔室895沿着浓缩出口端口875的路径被掩蔽。
虽然图12中示出的方向流动箭头指示朝向出口流动，但在相对的方向上的流动将指示给水从入口端口流动到稀释隔室。同样，虽然图12示出稀释流，但浓缩流的描述将是类似的。具有不同于至稀释隔室的给水的离子含量的单独的给水可以以类似的方式供应到浓缩隔室。
通过上文描述的方法形成的入口和出口可以并入电化学处理装置中。
根据一个或更多个可选择的实施方案，薄膜可以不直接地焊接到限定流动隔室的筛。相反，如图13a中所示，薄膜1320彼此预焊接并且形成具有接缝1370的套筒1325。每个间隔筛1310的端部部分被修剪以允许套筒1325放置在端部部分上。如示出的，间隔筛1310的三角形剩余部分1380可以使用定位销或任何其它的装置定位在例如如图13b中示出的适当位置。该可选择的方法可以提供某些优点，因为塑料薄膜1320的焊接通常比在薄膜之间具有间隔筛的原位焊接更容易且更快。该可选择的方法允许套筒1325的制造自动化。
在还另一个实施方案中，如图14中所示，薄膜1420可以彼此焊接以形成套筒1425。在该实施方案中，筛间隔件1410的三角形片1480的边缘可以插入每个套筒1425中的接缝1470中的一个中，并且与薄膜1420结合在一起。对照于图13a和图13b中示出的实施方案，该方法消除了定位筛的较小部分的步骤，并且可以简化电池对的堆的组装。套筒制造的该实施方案可以使用针对在焊缝(weld)中包括的筛材料而调节的焊接参数来自动化。
在还另一个实施方案中，如图15中所示，多孔材料1570可以定位于每个套筒1580和相邻的膜、阳离子交换膜1510或阴离子交换膜1550之间。这种布置可以避免可能的间隙形成。在灌封步骤期间，如果粘合剂不在膜(membrane)和薄膜(film)之间穿透，则间隙可以在操作流体压力下形成。任何间隙可以导致两个流之间的交叉泄漏。多孔材料1570可以有助于在薄膜和膜之间产生空间，粘合剂可以在固化之前通过毛细管作用流入或迁移。
可能的多孔材料包括在线之间具有紧密间距的薄的编织筛或挤出筛，以及作为用于反渗透的基片或超滤膜产生的多孔薄膜。可以基于使用不同粘合剂的灌封试验来选择材料。例如，一种这样的材料是具有280股/英寸(110股/cm)和0.0024英寸(60μm)总厚度的编织单丝聚酯筛。
用于灌封胶的潜在材料包括但不限于环氧树脂和聚氨酯。用于掩蔽薄膜的潜在材料包括但不限于PVC和聚酯薄膜。该薄膜可以具有可以有助于与灌封材料结合的粗糙表面光洁度(matte surface finish)。
根据一个或更多个实施方案，用于灌封的方法被并入到入口系统中，该入口系统被设计成从单独的入口进料源产生两个不同的入口流。一个流可以传送到稀释隔室，并且另一个流可以传送到浓缩隔室。为了将稀释隔室与浓缩隔室隔离，将电池对的线盘的初始端灌封到例如环氧树脂粘合剂中，然后允许环氧树脂粘合剂完全固化。筛的连接到不同隔室的部分被瞄准并且与环氧树脂粘合剂灌封材料隔离，并且可以保持打开以使流体从歧管流动。间隔筛的一部分可以滑入焊接的塑料薄膜的袋中，或塑料薄膜将被焊接到其上，由此形成间隔筛的与封装在环氧树脂中的灌封部分分离的掩蔽部分。
图16-18示出根据一个或更多个实施方案的间隔筛可以如何被切割的示例。图16a、图16b和图16c是离子交换膜和隔室间隔件的部分的形状的实例的示意图。当组装时，膜和间隔筛可以不干扰可能在环氧树脂灌封材料中产生的通道。在图16a中，稀释隔室间隔件1610具有通过塑料薄膜与环氧树脂隔离的掩蔽部分1640。稀释通道1670形成在间隔筛1610中以连通流动。间隔筛1610的一部分可以被移除，并且随后用环氧树脂灌封材料填充，作为稀释隔室的灌封部分1650。在图16b中，浓缩隔室间隔筛1620具有通过塑料薄膜与环氧树脂灌封材料隔离的掩蔽部分1640。浓缩通道1675形成在间隔筛1620中以连通流动。间隔筛1620的一部分可以被移除，并且随后用环氧树脂填充，作为浓缩隔室的灌封部分1650。在图16c中，示出离子交换膜1630，其可以被成形并放置在间隔筛之间。在该实施方案中，阳离子交换膜和阴离子交换膜可以具有类似的形状。
图17的分解图示出，电池对部件可以彼此层叠。图18示出本实施方式的电池对的组装。在该示例中，产生四个通道，用于稀释隔室的两个通道1670和用于浓缩隔室的两个通道1675。可以根据需要和/或取决于模块的长度和预计的流动产生另外的通道。
图19示出灌封容器1900的实施方案，其中，电池对的线盘的端部部分可以插入、固定、并且然后灌封。图20示出定位于灌封容器内的电池对的线盘的端部部分。还包括环氧树脂灌封材料将被注入并允许固化的近似高度。环氧树脂线2010的高度可以落到保护性塑料薄膜的边缘之下，以防止环氧树脂流过并堵塞筛间隔件。在环氧树脂已经固化之后，端口孔可以穿过保持器、环氧树脂和线盘形成，以形成允许流动到分离的稀释隔室和浓缩隔室的通道1670和通道1675。
图21中示出中心毂2100的示例。电池对的线盘可以安装到中心毂2100并围绕中心毂2100缠绕。中心毂2100包括两个稀释端口2110，并且在毂2100的顶部部分上示出两个浓缩端口2120。两个稀释端口和两个浓缩端口也在毂的底部(未示出)上。在操作中，稀释端口2110可以经由稀释进料入口2130与稀释流通道和稀释进料的来源流体连通。在操作中，浓缩端口2120可以经由浓缩进料入口2140与浓缩流通道和浓缩进料的来源流体连通。以这种方式，稀释进料流和浓缩进料流可以是不同的流。
图22示出图21中所示的示例性中心毂2100的横截面。中心毂2100的内部稀释导管2150和浓缩导管2160建立从稀释进料入口2130和浓缩进料入口2140分别连通至稀释端口2110和浓缩物端口2120。导管2150和导管2160被示出为大体上直线以用于可加工性。然而，如图23中所示，其它可能的通道几何形状促进端口之间的流动。弯曲通道2310例如可以由模制部件形成。图24示出组装的装置2400的一部分的示例。该装置包括中心毂2410、线盘2430和分段阳极2420。稀释流动流进料到线盘2430的两组电池对的稀释隔室中，浓缩流动流也如此。
根据以下实施例将更加充分地理解这些实施方案和其他实施方案的功能和优点。实施例意图在本质上是说明性的，并且不应被认为是限制本文所讨论的实施方案的范围。
实施例1
评估具有跑道构型的电渗析装置在降低TDS、流速、工艺效率、能量消耗和总回收率方面的效率。
该装置包括围绕阳极缠绕的两组15个电池对，以形成具有包括总共30个电池对的跑道构型的线盘，阳极由涂覆有IOA-LC的钛形成。该线盘被316不锈钢阴极环绕。在线盘中使用的阳离子交换膜和阴离子交换膜是在美国专利第8,703,831号和第9,023,902号中描述的那些。在30个电池对中使用的60个膜具有3417mm的平均长度和300mm的初始宽度。在灌封后，膜的平均宽度为250mm。因此，总的膜面积为51.2m2。
将共同的进料流进料到两组15个电池对的稀释隔室和浓缩隔室。评估如表1中总结的八种不同的进料流。流1-4具有在半咸水范围内的TDS，而流5-8具有接近盐水或海水的TDS。
表1进料流浓度
运行编号 温度(℃) 电导率(mS/cm) 进料浓度(mol/l) 进料浓度(ppm)
1 25.1 7.780 0.0714 4168
2 26.7 7.546 0.0691 4035
3 28.4 7.65 0.0701 4092
4 29.9 7.56 0.0693 4042
5 28.5 51.30 0.5565 31855
6 29.8 51.06 0.5534 31685
7 30.2 51.18 0.5549 31770
8 30.4 52.11 0.5667 32429
从两组15个电池对回收的产物流总结在表2中。在一次通过每线盘组15个电池对中的装置之后，在流5-8中，TDS平均减少超过20％。
表2产物流浓度和流速
Figure BDA0001251543610000211
从两组15个电池对的浓缩隔室回收的废弃物流总结在表3中。仅评估流1-4。这些浓缩流表明增大的电导率、浓度和相应的降低的流速。在具有进料到稀释隔室和浓缩隔室的共同进料流的ED装置中，预计类似的结果。上文描述的其它实施方案使得不同的进料流能够被进料到稀释隔室和浓缩隔室。该特征可以通过限制水浪费并且实现多个这种装置的分级和流体连接来增加工艺效率。
表3废弃物流浓度和流速
Figure BDA0001251543610000212
总的产物流速、工艺效率、能量消耗和总回收率总结在表4中。这些结果表明，具有线盘电池对的跑道构型的ED装置可以有效地处理高TDS进料流。通过30个电池对的产物流速(流1至流4的平均值为6208ml/min)对于商业应用是令人满意的。流1-4的平均TDS减少超过28％，这对于一次通过30个电池对也是令人满意的。15个电池对的两个线盘组的工艺效率是适度的，对于流1-4，组合近似70％，并且对于流5-8，组合近似60％。这可能是通过装置处理的流的函数。能量消耗和总回收率也表明能够商业应用的装置。流1-4的总回收率平均为63.8％，流5-8的总回收率平均为64.5％。
表4工艺效率和回收率
Figure BDA0001251543610000221
以上结果证实，具有跑道构型的ED装置可以用于有效地处理不同品质的给水以降低TDS，具有令人满意的流速、工艺效率、能量消耗和总回收率。
现在已经描述了一些说明性实施方案，对于本领域技术人员应当明显的是，前述内容仅仅是说明性的而不是限制性的，仅通过示例的方式提出。许多修改和其他实施方案在本领域普通技术人员的范围内，并且被预期为落入本发明的范围内。特别地，尽管本文提出的许多实施例涉及方法动作或系统元件的特定组合，但应当理解，那些动作和那些元件可以以其他方式组合以实现相同的目的。
应当理解，本文讨论的装置、系统和方法的实施方案不限于应用于在以下说明书中所陈述的或在附图中所示出的部件的构造和布置的细节。这些装置、系统和方法能够在其它实施方案中实施，并且能够以各种方式实践或执行。本文提供的特定实施方式的实例仅用于说明性目的，且不意图是限制性的。特别地，结合任一个或更多个实施方案所讨论的动作、元件和特征不意图排除在任何其它实施方案中的类似作用之外。
本领域技术人员应当理解，本文描述的参数和构型是示例性的，并且实际的参数和/或构型将取决于其中使用本发明的系统和技术的具体应用。仅仅使用常规实验，本领域的技术人员还应认识到或能够确定，本发明的具体实施方案的等效物。因此，应当理解，本文描述的实施方案仅通过示例的方式提出，并且在所附权利要求及其等效物的范围内；本发明可以以不同于具体描述的方式来实践。
此外，还应当理解，本发明涉及本文所描述的每个特征、系统、子系统或技术和本文所描述的两个或更多个特征、系统、子系统或技术的任何组合以及两个或更多个特征、系统、子系统和/或方法的任何组合，如果这类特征、系统、子系统和技术不相互矛盾，则被认为在如权利要求中所体现的本发明的范围内。此外，仅结合一个实施方案所讨论的动作、元件和特征不意图被排除在其他实施方案中的类似作用之外。
本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应当被认为是限制性的。如本文使用的，术语“多个”指的是两个或更多个项目或部件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“携带(carrying)”、“具有”、“含有(containing)”和“包含(involving)”，无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指包括在其后列出的项目和其等效物，以及另外的项目。相对于权利要求，仅过渡词组“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡词组。在权利要求中使用序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”及类似物来修饰权利要求要素，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、在先或顺序或其中方法的动作被进行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一个要素(但用于使用序数术语)以区分权利要求要素。

Claims (20)

1.一种电化学分离装置，包括：
第一电极；
多个电池对，所述多个电池对围绕所述第一电极缠绕以形成线盘；
所述多个电池对中的每一个包括离子浓缩隔室和相邻的离子稀释隔室；
所述离子浓缩隔室包括第一间隔件，所述第一间隔件的一端具有掩蔽部分和相邻的灌封部分；
所述相邻的离子稀释隔室包括第二间隔件，所述第二间隔件的一端具有掩蔽部分和相邻的灌封部分；
所述第一间隔件的所述掩蔽部分与所述第二间隔件的所述灌封部分交替对准，且所述第一间隔件的所述灌封部分与所述第二间隔件的所述掩蔽部分交替对准；
浓缩流通道，所述浓缩流通道延伸通过所述第一间隔件的所述掩蔽部分和所述第二间隔件的所述灌封部分，所述浓缩流通道与所述离子浓缩隔室流体连通并且与所述离子稀释隔室流体隔离；
稀释流通道，所述稀释流通道延伸通过所述第一间隔件的所述灌封部分和所述第二间隔件的所述掩蔽部分，所述稀释流通道与所述离子浓缩隔室流体隔离并且与所述离子稀释隔室流体连通；以及
第二电极，所述第二电极环绕所述线盘。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括靠近所述线盘的歧管块，所述歧管块包括与所述稀释流通道流体连通的稀释流端口。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述歧管块还包括与所述浓缩流通道流体连通的浓缩流端口。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述稀释流端口与稀释进料源流体连通。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述浓缩流端口与浓缩进料源流体连通。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述稀释进料源不同于所述浓缩进料源。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述线盘具有跑道构型。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一电极包括直线部分，所述直线部分在每一端处具有半圆形部分以界定大体上长形的S形阳极。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述线盘的横截面具有大体上直线的部分和在所述大体上直线的部分的第一端和第二端处的弯曲部分。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述掩蔽部分中的每个包括环绕所述间隔件的一部分的套筒。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述套筒包括在接缝处连接的一对不渗透薄膜。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述掩蔽部分中的每个包括焊接到所述间隔件的一对不渗透薄膜。
13.根据权利要求1所述的装置，还包括中心毂，所述中心毂包括与所述稀释流通道和稀释进料的来源流体连通的稀释端口。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述中心毂还包括与所述浓缩流通道和浓缩进料的来源流体连通的浓缩端口。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述稀释进料的来源和所述浓缩进料的来源是不同的。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述线盘包括多于20个电池对。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述线盘包括多于50个电池对。
18.根据权利要求9所述的装置，其中所述大体上直线的部分的长度与所述弯曲部分中的每一个弯曲部分的半径的比率大于零。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述弯曲部分的曲率半径不取决于电池对的数目。
20.根据权利要求15所述的装置，其中所述电化学分离装置包括电渗析处理装置。
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