CN108602700B

CN108602700B - 脱盐

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Publication number: CN108602700B
Application number: CN201780010922.2A
Authority: CN
Inventors: 维诺德纳拉因·贝克; 亚茨科·赫辛
Original assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Current assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2037-02-09
Also published as: EP3414204B1; US20190046927A1; WO2017137748A1; CN108602700A; EP3414204A1; US11014049B2; ES2835783T3; GB201602484D0

Abstract

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。

Description

脱盐

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：

(i)每个膜壁包括阳离子交换膜或阴离子交换膜，且所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜的顺序是从每个壁到下一个壁交替；

(ii)所述离子稀释室(a)每侧上的所述膜壁均包括不区分高价和一价阴离子/阳离子的“标准”膜。

因此，在EDM中使用的当前可用的ED单元(如图2所示)与图1所示的传统ED单元的不同之处在于，EDM中使用的ED单元包括四个不同的溶液室和具有四个膜壁的一个单元或重复单元(两个膜是“标准的”(即，对于一价和高价离子均可渗透)，且两个都是一价离子选择性的)。相反，图1所示的传统ED单元包括仅具有两个溶液室和两个膜壁的重复单元(均是一价和高价离子可渗透的“标准”膜)。在EDM中使用的当前可用的ED 单元中，如图2所示，可重复四个溶液室和四个隔膜壁。

图2中所示的EDM中使用的已知ED单元的问题在于：由于离子稀释室和离子浓缩室之间的浓度差异很大，导致很难以高产率从海水中生产饮用水。这样，由于水分子穿过膜壁从离子稀释室渗透运输到离子浓缩室，则导致了高水分损失。图2所示的已知EDM单元的另一个缺点是需要供应氯化钠溶液(在最右侧的隔室中)，这导致了更高的成本，这不仅涉及所需的材料(即氯化钠)，而且还涉及由于钠离子和氯离子穿过膜壁的传输而产生的额外能量。对专用于供应NaCl溶液的隔室的要求也降低了EDM 单元的脱盐能力。本发明的一个目的是减少图2所示的现有EDM单元中存在的问题，并提供更具成本效益和有效的脱盐。

发明内容

根据本发明的第一个方面所述，提供一种膜堆叠件，其包括以下部件：

(a)第一离子稀释室；

(b)第二离子稀释室；

(c)第一离子浓缩室；

(d)第二离子浓缩室；以及

(e)膜壁，位于每个隔室之间并位于所述堆叠件的所述第一和最后一个隔室的外侧上；

其中：

(ii)隔室(a)每侧上的膜壁均比隔室(b)每侧上的相应的膜壁具有更高的一价离子选择性；以及

(iii)所述堆叠件还包括用于在隔室(a)和(b)之间传递流体的装置。

在本发明书中，本发明所述作为一种类型ED单元的EDM单元通常简称为ED单元。因此，就本发明而言，术语“EDM”和“ED”在很大程度上是可互换的。

另外在本发明书中，出于简洁的原因，与高价阳离子(例如，隔室(a) 一侧的阳离子交换膜壁)相比，对一价阳离子具有高选择性的阳离子交换膜壁通常被称为mCEM，而与高价的阳离子相比，对一价阳离子具有低选择性的膜壁简称为“标准阳离子交换膜壁”或CEM。类似地，与高价阴离子 (例如，隔室(a)一侧的阴离子交换膜壁)相比，对一价阴离子具有高选择性的阴离子交换膜壁通常被称为mAEM，而与高价的阴离子相比，对一价阴离子具有低选择性的膜壁简称为“标准阴离子交换膜壁”或AEM。

本发明的堆叠件适于海水、微咸水和盐水的脱盐，并且高产率生产脱盐水。所述脱盐水可用于任何目的，包括作为饮用水、用于灌溉或排放到地表水中。可选地，其他水处理方法(例如，反渗透(RO)、电去离子(EDI)、电容去离子(CDI)、膜蒸馏(MD)、纳滤(NF)、超滤(UF)、离子交换(IE)和活性炭处理中的一种或多种方法)可与本发明所述堆叠件、 ED单元及工艺结合使用。本发明所述的堆叠件可用于生产两种高度浓缩的盐流而不出现与结垢有关的问题。如果需要，可进一步处理两种浓缩流以产生有价值的盐，比如，高纯度的氯化钠、氢氧化镁、碳酸镁和硫酸钙。

附图说明

图1示意性示出了传统的ED单元。

图2示意性示出了传统的EDM单元(即用于EDM的ED单元)。

图3示意性示出了根据本发明的适用于EDM中的EDM单元。

图4是示出根据本发明的包括三个EDM单元的设备的流程图。

图5示出了根据本发明的包括两个EDM单元的设备中的优选流体流动布置。

图6a至图6c示出了几个隔室入口和出口设计，其中相邻隔室中的流动方向由箭头所示。

具体实施方式

在图1示出传统ED单元中，进料流体进入离子稀释室(D1)，其中阴离子通过阴离子交换膜(AEM1)并进入第一离子浓缩室(C1)，且阳离子通过阳离子交换膜(CEM2)并进入第二离子浓缩室(C2)。阳极(+) 提供拉动阴离子穿过AEM的吸引力，阴极(-)提供拉动阳离子穿过CEM 的吸引力。[AEM-离子稀释室-CEM-离子浓缩室]的主要重复单元也如图1 所示。

图2中所示的当前可用的EDM单元的重复单元包括四个隔室，即仅一个离子稀释室(D1)、两个离子浓缩室(C1和C2)和一个用于供应NaCl 溶液的隔室。阳极(+)也提供拉动阴离子穿过AEM的吸引力，阴极(-) 提供拉动阳离子穿过CEM的吸引力。膜壁mAEM、mCEM1和mCEM2对一价离子的选择性高于膜壁AEM和CEM。例如，mAEM是一价选择性阴离子交换膜壁，mCEM1和mCEM2是一价选择性阳离子交换膜壁，AEM 是一价和多价阴离子都可通过的膜壁，CEM是一价和多价阳离子都可通过的膜壁。

本发明的ED/EDM单元如图3所示。该单元包括第一离子稀释室(a)；第二离子稀释室(b)；第一离子浓缩室(c)；和第二离子浓缩室(d)。每个膜壁(CEM1、mAEM、mCEM、AEM和CEM2)包括阳离子交换膜或阴离子交换膜，且阳离子交换膜壁和阴离子交换膜壁的顺序是从每个壁到下一个壁交替。所述第一离子稀释室(a)每侧上的膜壁(mAEM和mCEM) 具有的一价离子选择性均比第二离子稀释室(b)每侧上的对应的膜壁(AEM 和CEM)的离子选择性高。此外，所述堆叠件还包括用于在隔室(a)和 (b)之间传递流体的管道(1)或类似的装置。所述用于在隔室(a)和(b) 之间传递流体的装置优选地提供流体流从隔室(a)流到隔室(b)和/或从隔室(b)流到隔室(a)的路径。例如，该路径可以是所述堆叠件的隔室 (a)和(b)之间的直接连通(即相同的堆叠件)或两个不同堆叠件的隔室(a)和(b)之间的直接连通。因此，所述用于传递流体的装置可替代地称为用于提供流体连通性的装置。标记D1、D2、C1和C2包括在图3 中，以提醒哪些是离子浓缩室以及哪些是离子稀释室。

因此，所述第一离子稀释室(a)每侧上的膜壁的一价离子选择性(例如，均为一价选择性)均比第二离子稀释室(b)每侧上的膜壁(例如，均包括允许一价和高价离子通过的“标准”膜)的一价离子选择性高。另外，阳极(+)也提供将阴离子拉向阳极并进入浓缩流的吸引力，阴极(-)提供将阳离子拉向阴极并进入浓缩流的吸引力。与图2中所示的已知EDM单元相反，图3的单元包括两个(代替一个)离子稀释室(a)和(b)。此外，所述两个离子稀释室(a)和(b)彼此流体连通，例如，通过连接导管或软管的装置来实现。通过离子稀释室(b)的流体的流动方向也可与通过离子稀释室(a)的流体的流动方向不同，例如，与(a)的流动方向相反。另外，本发明所述的单元包括每侧上具有包括膜的壁的离子稀释室，所述膜对一价离子的选择性比对高价离子(mAEM和mCEM) 的选择性高，而图2所示的离子稀释室每侧上具有包括“标准”阳离子或阴离子交换膜的壁。

图4是根据本发明的包括流体串联的三个ED单元(按所述顺序布置的 EDM1、EDM2和EDM3)的设备的流程图。作为需要脱盐的流体，进料流体从进料罐 (进料供应)在点(i)处进料至第一ED单元(EDM1)的第一离子稀释室，然后其通过管道 (1a)并进入第二离子稀释室。同时浓缩溶液分别以进料和排出操作模式循环通过循环罐CT1-1和CT1-2并通过第一ED单元(EDM1)的第一和第二离子浓缩室。在这种操作模式中，浓缩溶液从第二ED单元(EDM2)的离子浓缩室的出口在点(vii)和(viii)处进入EDM1的相应离子浓缩室、循环通过EDM1的那些离子浓缩室并通过循环罐CT1- 1和CT1-2，且分别在点(ix)和(x)处输入产品储罐2和储罐3中。部分脱盐的流体在点(ii)处流出第一ED单元(EDM1)的第二离子稀释室。

使该部分脱盐的流体在点(iii)送入第二ED单元(EDM2)的第一离子稀释室，通过第一离子稀释室，然后通过管道(1b)进入第二离子稀释室。同时浓缩溶液也分别以进料和排出操作模式循环通过循环储罐CT2-1 和CT2-2并通过第二ED单元(EDM2)的第一和第二离子浓缩室。在这种操作模式中，浓缩溶液从第三ED单元(EDM3)的循环储罐CT3-1和CT3-2 在点(y)和(z)处进入EDM2的相应离子浓缩室，循环通过EDM2的那些离子浓缩室并通过循环罐CT2-1和CT2-2，且分别在点(vii)和(viii) 处输入EDM1的相应离子浓缩室中。脱盐的流体在点(iv)处流出第二ED 单元(EDM2)的第二离子稀释室。

随后使大部分脱盐的流体在点(v)送入第三ED单元(EDM3)的第一离子稀释室、通过第一离子稀释室，然后通过管道(1c)进入第三ED 单元(EDM3)的第二离子稀释室。同时浓缩溶液分别以进料和排出操作模式循环通过循环储罐CT3-1和CT3-2并通过第三ED单元(EDM3)的第一和第二离子浓缩室。在该操作模式下，第三ED单元(EDM3)的离子浓缩室从循环罐CT3-1和CT3-2进料，并也通过渗析和电渗析经由这些离子稀释室每侧上的壁来从第三ED单元(EDM3)的离子稀释室获得相同的离子和水。循环罐CT3-1和CT3-2在点(y)和(z)处输入EDM2的相应离子浓缩室中。脱盐的流体流出第三ED单元(EDM3)的第二离子稀释室并在点(vi)处进料至产品储罐1中。

图5示出了根据本发明的包括两个堆叠件(EDM堆叠件1(EDM1) 和EDM堆叠件2(EDM2))的设备中的优选流体流动布置。在每个堆叠件中，(a)、(b)、(c)和(d)分别指隔室(a)、(b)、(c)和(d)。在EDM堆叠件1中，待脱盐的流体流过离子稀释室(a)或(b)，并随后被进料至该堆叠件的其他离子稀释室(b)或(a)中，之后其流出EDM堆叠件1并进入EDM堆叠件2的离子稀释室(a)或(b)中的任一个中。穿过EDM堆叠件1、隔室(c)的流体从EDM堆叠件2、隔室(c)的出口来获得。穿过EDM堆叠件1、隔室(d)的流体从EDM堆叠件2、隔室(d) 的出口来获得。参考EDM堆叠件2，待脱盐的流体从EDM堆叠件1获得，并流过EDM堆叠件2的离子稀释室(a)或(b)并随后被进料至该堆叠件的其他离子稀释室(b)或(a)。流出EDM堆叠件2、隔室(c)和(d) 的流体分别被进料至EDM堆叠件1的隔室(c)和(d)中。可收集或进一步处理流出EDM堆叠件2的脱盐的流体，例如，通过流过一个或多个其他 EDM堆叠件来实现。

图6a至图6c示意性示出了从平行于膜的平面中截取的相邻隔室的水平截面图，所述膜形成该隔室每侧上的顶壁和底壁(膜壁未示出)。隔室分别具有矩形(图6a)、八边形(图6b)和矩形(图6c)。每个隔室包括入口开口(2)、出口开口(3)、间隔网(4)和为每个隔室提供不透水侧壁的周边密封垫圈(5)。箭头表示流体从入口开口(2)通过每个隔室到出口开口(3)的主要流动方向。离子交换膜(未示出)形成每个隔室与下一个隔室之间的壁，且间隔网(4)保持每个隔室的膜壁分离并保持穿过隔室的流体路径处于开放状态。在图6a中，例如，四个相邻隔室的入口和出口设计分别示出用于隔室(c)、(b)、(d)和(a)。在图6b和图6c 中，示出了两个代表性隔室的设计，但也在图6b和图6c的情况下，膜堆叠件的每个重复单元包括四个不同的隔室。

本发明的单元、设备和方法适用于对离子溶液的脱盐(例如，海水、微咸水和盐水)并可以高产率生成脱盐水而不出现与结垢有关的问题。此外，作为该方法副产品的具有高离子浓度的流可用来生成高纯度的有价值的盐，例如，氯化钠、氢氧化镁、碳酸镁和硫酸钙。因此，本发明所述的单元、设备和方法适用于任何需要电渗析的应用并具有避免或减少结垢相关问题的优势。此外，本发明所述的单元、设备和方法可用来以高产率提供具有特别低浓度的溶解离子的水，并还提供高度浓缩的产流。

在不偏离本发明教导的情况下，上述段落中的术语“第一”和“第二”可进行互换，且除非明确指定，否则不指定特定顺序。

每个隔室每侧上的膜壁与位于该隔室的另一侧上的膜通常可选地通过如本发明所述的垫圈形成不透水的密封(除了由于渗透或电渗透输送而渗透过膜的水以及除了流体入口和出口以外，以便允许流体以受控方式通过隔室)。隔室每侧上的膜壁可通过钳位固定到隔室(即间隔物或垫圈)或，例如，通过焊接、固化或粘合剂来固定到彼此。

优选地，mAEM和mCEM中的每个单独地对一价离子具有比对高价离子要高的选择性。因此，优选地，与硫酸根离子相比，mAEM对氯离子的选择性大于1.1，更优选大于1.5，尤其大于2。优选地，与钙离子相比， mCEM对钠离子的选择性大于1.1，更优选大于1.5，尤其大于2。选择性可被认为是穿过膜的相对传输速率。因此，优选地，一价阳离子(例如， Na⁺)比高价阳离子(例如，Ca²⁺)更快地穿过mCEM，例如，快1.1倍，更优选快1.5倍，特别是快两倍以上。另外，优选地，一价阳离子(例如， CI^-)比高价阳离子(例如，SO₄ ^2-)更快地通过mAEM，例如，快1.1倍，更优选快1.5倍，特别是快两倍以上。优选地，与高价离子相比，“标准”AEM 和“标准”CEM各自独立地对一价离子的选择性分别低于mAEM和mCEM。优选地，与高价阳离子(例如，SO₄ ^2-)相比，“标准”AEM对一价阳离子(例如，CI^-)的选择性小于1.1，更优选小于1。优选地，与高价阳离子(例如， Ca²⁺)相比，“标准”CEM对一价阳离子(例如，Na⁺)的选择性小于1.1，更优选小于1。

优选地，mCEM对一价阳离子的选择性(相比于高价阳离子)比CEM 对一价阳离子的选择性(相比于高价阳离子)要高至少30％(即1.3倍)，更优选高至少50％(即1.5倍)，特别是至少高100％(即2倍)。

优选地，mAEM对一价阴离子的选择性(相比于高价阴离子)比AEM 对一价阴离子的选择性(相比于高价阴离子)要高至少30％(即1.3倍)，更优选高至少50％(即1.5倍)，特别是至少高100％(即2倍)。

在使用中，膜壁的选择性在某种程度上取决于各方面，比如，进料组成、流速、电流密度和间隔物性质。选择性可通过测量0.05N单盐的溶液在25℃温度下的电阻(ER)来确定，例如，分别测量0.05N硫酸钠和氯化钠溶液的ER，且ER值的比率(ER硫酸钠/ER氯化钠)是阴离子交换膜的一价选择性的指示。类似地，0.05N氯化钙溶液和氯化钠的ER的比率(ER 氯化钙/ER氯化钠)提供了阳离子交换膜的一价选择性的量度。

膜的一价离子选择性可通过将进料流体再循环通过ED测试单元并持续200分钟、测量浓缩物和稀释物中的一价离子和高价离子的浓度并然后执行下面的公式(1)的计算来确定：

一价离子选择性＝(mc/md)/(hc/hd)

公式(1)

其中：

mc是浓缩物中一价离子的浓度；

md是稀释物中一价离子的浓度；

hc是浓缩物中高价离子的浓度；

hd是稀释物中高价离子的浓度。

在上述计算中，一价阴离子优选为Cl^-，高价阴离子优选为SO₄ ^2-，一价阳离子优选为Na⁺，高价阴离子优选为Ca²⁺。为方便起见，浓度通常表示为每升稀释物或浓缩物中离子的mg，视情况而定。

用于测量浓缩物和稀释物中离子浓度的合适方法包括用于阴离子的离子色谱法和用于阳离子的电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)。将在下面的示例中更详细地描述了确定选择性的方法。

作为mAEM的示例，可提及Tokuyama的Neosepta ACS、Asahi Glass 的SelemionASV、PCA GmbH的PC MVA、Asahi Chemical Industry的 Aciplex A-192。

作为mCEM的示例，可提及Tokuyama的Neosepta CIMS、Asahi Glass 的SelemionCSO、PCA GmbH的PC MVK、PCA GmbH的PC VK、Asahi Chemical Industry的Aciplex K-192。

作为“标准”AEM的示例，可提及Tokuyama的Neosepta AMX、Asahi Glass的Selemion AMV、PCA GmbH的PC SA。

作为“标准”CEM的示例，可提及Tokuyama的Neosepta CMX、Asahi Glass的Selemion CMV、PCA GmbH的PC SK。

优选地，膜具有低透水性，例如，透水性小于25m³/m².s.kPa，特别是小于15m³/m².s.kPa。

优选地，膜具有低电阻，例如，小于6ohm.cm²的电阻，特别是小于 3ohm.cm²的电阻。

可如WO2015004417中第10页22行到第13页17行中所述来测量电阻和透水性。

在一个实施例中，所有的隔室都无液体。在另一个实施例中，所有的隔室都包含液体。

膜可具有任何表面轮廓，例如，它们可在两侧具有光滑表面、在一侧具有光滑表面且在另一侧具有纹理化表面或它们可在两侧具有纹理化表面。

当存在时，纹理化表面任选地包括肋和/或突起，例如，根据需要，高度在5到800μm之间。具有接近上述范围的下端的高度的突起可用于增强流过包括该表面的隔室的流体的湍流。较高的突起可有助于使膜与相邻的膜保持分离，从而避免需要流体可渗透的间隔物。

合适的突起的示例包括圆锥体、多角锥体(例如，三角锥体、四角锥体和六角锥体)、半球形、台面形(例如，正方形、三角形和圆形台面)、圆顶、圆锥台、截棱锥、菱形、短脊和上述两者或多者的组合。优选地，当在突起的基底处测量时，突起的平均长度(L)与平均宽度(W)之比为 10：1至1:10，更优选为7：1至1：7，尤其是5：1至1：5，更特别是2.5： 1至1：2.5。出现这些优选是因为上述L与W的比例通常可获得比使用连续肋时更好的对流和更低的阻塞问题，其中颗粒可完全阻挡两个肋之间的流体通道。优选地，纹理包括至少80％(优选100％)的突起，所述突起在所有方向(长度、宽度和高度)上的最大尺寸小于20mm。优选地，纹理包括在所有方向(长度，宽度和高度)上具有0.04至10mm，更优选为 0.05至6mm的最大尺寸的突起。优选地，纹理包括彼此分开平均至少 0.1mm，更优选至少0.5mm的突起，例如，分开1、2、4、8或12mm。

可选地，隔室包括流体可渗透的间隔物，尤其是当隔室的一侧或每侧上的膜壁没有纹理时。这些间隔物有助于保持侧壁中存在的膜分开，并有助于保持隔室开放，以便流体可自由地在其中流动。

优选的流体可渗透的间隔物由惰性的电绝缘材料制成，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、玻璃纤维或聚氯乙烯。可选地，流体可渗透的间隔物涂有离子传导层，以增强离子传输并减少间隔物阴影效应。

可用作流体可渗透间隔物的市售材料的示例包括来自Delstar的挤压网 (例如，N01014-60PP-NAT、N1014-90PP-NAT和N01017-90PP-NAT)，来自Industrial Netting(例如，XN-4820)和来自Sefar的织造材料(例如， NITEX 06-475/56、NITEX 03-300/51、NITEX06390/47、NITEX 07-240/59 和NYTAL PA 06-212)。

优选地的流体可渗透的间隔物包括织造和/或非织造网或网眼，优选地具有厚度为50至1000μm，更优选地具有100至1000μm，特别是150至 800μm。相对于穿过包括间隔物的隔室的流体的主要流动方向，网的股线的取向优选为约45°。流体可渗透的间隔物中的开口的尺寸优选在直径70 至500μm之间，更优选在直径100至400μm之间。

优选地，所述堆叠件还包括位于每个膜之间的一个或多个垫圈。垫圈的功能是使膜壁的边缘分开所需的距离，并在膜壁的边缘处提供不透水密封。因此，垫圈可用于限定隔室的边缘壁。

垫圈可以是连续的或通过一个或多个开口隔开的，例如，以使流体可在受控的方式下进入或流出隔室。

优选的垫圈的肖氏A硬度为10至80。优选地，垫圈由硅树脂、聚氨酯、橡胶(例如，乙烯丙烯二烯单体(EPDM))、聚醚砜(PES)或乙烯 -乙酸乙烯酯制成。

可选地，代替使用垫圈或者除了使用垫圈之外，使用粘合剂将膜壁朝向它们的边缘固定在一起。

所述堆叠件还包括流体入口和流体出口。根据所需的配置，所有流体入口可彼此位于堆叠件的同一侧，这使得能够并流。在另一个实施例中，流体入口从每个隔室的一侧到另一侧交替到下一个(相邻的)隔室。按此方式，可实现逆流，即，隔室中的流体流动方向相对于相邻隔室中的流体流动方向成180°的角度。替代地，每个隔室的入口从一侧到另一侧交替，从而可实现横流布置，例如，隔室中的流体流动方向相对于相邻隔室中的流体流动方向成90°角。

通过选择不同形状的堆叠件(例如，正方形、矩形、八边形等)，可为每个隔室设置不同于下一隔室的入口，从而为穿过相邻隔室的流体选择不同的流动方向。因此，可构造入口来使得流过一个或多个隔室的流体的方向与流过下一个(相邻的)隔室的流体的方向不同，如上面更详细所述。例如，可确保流过两个相邻隔室的流体的相对方向是横向流动(例如，在 40和140度之间的相对角度)。优选地，穿过相邻隔室的流体流动是垂直的，但是也可简单地通过使两个相邻隔室的入口和出口相对于彼此以合适的角度来定向而使用任何角度(例如45°或135°)，90°的角度或更高的角度是优选的。

例如，所述堆叠件可被构造成使流过隔室(a)或(b)的流体可相对于流过隔室(c)或(d)的流体以0至180度、优选40至140度的角度进行运行。在优选实施例中，本发明所述的堆叠件和ED单元被构造成使流过离子浓缩室的流体以与流过第二离子稀释室(b)的流体相反的方向(即 180°)进行流动。在另一个优选实施例中，尤其是在正方形和矩形堆叠件的情况下，本发明所述的堆叠件和ED单元可被构造成使流过离子稀释室 (a)和/或(b)的流体以与流过相邻离子浓缩室之一的流体相反的方向 (180°)流动，并以与流过另一个相邻离子浓缩室的流体垂直的方向(90°) 流动。该配置减少了隔室间不需要的渗透水传输。

因此，下面的相对配置优选用于相邻隔室的入口，从而0°的角度被视为并流角度，45°、90°和135°为横向流动角度，180°为逆流角度：

·提供交替逆流和横流的入口；

·提供交替并流和横流的入口；

·提供交替逆流、横流、并流和横流的入口；

·提供逆流、并流或其组合的入口；

·仅提供横流的入口。

横流配置是优选的，因为这种配置对于具有四个边的矩形堆叠件来说实施起来特别简单。如果需要，可将一些相邻隔室的横流配置与其他相邻隔室的逆流流动方向组合，以优化脱盐效率。对于八边形堆叠件，除了并流(0°)和逆流(180°)之外，还可实现横流(即45°、90°或135°的角度)。

通常，对应相邻隔室来说，优选横流和逆流，即流过相邻隔室的流体的方向优选地相对于通过下一个(相邻)隔室的流动方向成90°、135°或 180°的角度。

所述隔室(a)和(b)之间用于传递流体的装置优选为管道、软管或特定的歧管结构。

通常，所述隔室布置在所述堆叠件中，从而所述离子稀释隔室和所述离子浓缩隔室可交替。因此，隔室(a)和(b)中的一个(和仅一个)位于隔室(c)和(d)之间。

所述堆叠件优选包括与多个离子浓缩室交替的多个离子稀释室，从而每个离子稀释室可沿至少一个离子稀释室侧相邻于离子浓缩室，且每个离子浓缩室可沿至少一个离子浓缩室侧相邻于离子稀释室。

通常，膜在两个相邻隔室之间形成壁。例如，隔室(a)一侧上的一价阴离子交换膜(mAEM)也是隔室(d)一侧上的一价阴离子交换膜(mAEM)，且隔室(a)一侧上的一价阳离子交换膜(mCEM)也是隔室(c)一侧上的一价阳离子交换膜(mCEM)。另外，隔室(b)一侧上的标准阳离子交换膜也可以是隔室(d)一侧上的标准阳离子交换膜。

因此，在一个实施例中：

(i)隔室(d)的阴离子膜壁也是隔室(a)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(a)的阳离子膜壁也是隔室(c)的阳离子膜壁；以及

(iii)隔室(c)的阴离子膜壁也是隔室(b)的阴离子膜壁。

在另一个实施例中：

(i)隔室(a)的阳离子膜壁也是隔室(c)的阳离子膜壁；

(ii)隔室(c)的阴离子膜壁也是隔室(b)的阴离子膜壁；以及

(iii)隔室(b)的阳离子膜壁也是隔室(d)的阳离子膜壁。

在另一个实施例中：

(i)隔室(c)的阴离子膜壁也是隔室(b)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(b)的阳离子膜壁也是隔室(d)的阳离子膜壁；以及

(iii)隔室(d)的阴离子膜壁也是隔室(a)的阴离子膜壁。

在另一个实施例中：

(i)隔室(b)的阳离子膜壁也是隔室(d)的阳离子膜壁；

(ii)隔室(d)的阴离子膜壁也是隔室(a)的阴离子膜壁；以及

(iii)隔室(a)的阳离子膜壁也是隔室(c)的阳离子膜壁。

在另一个实施例中：

(i)隔室(a)的阴离子膜壁也是隔室(d)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(d)的阳离子膜壁也是隔室(b)的阳离子膜壁；以及

(iii)隔室(b)的阴离子膜壁也是隔室(c)的阴离子膜壁。

在另一个实施例中：

(i)隔室(c)的阴离子膜壁也是隔室(b)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(b)的阳离子膜壁也是隔室(d)的阳离子膜壁；

(iii)隔室(d)的阴离子膜壁也是隔室(a)的阴离子膜壁；以及

(iv)隔室(a)的阳离子膜壁也是相邻堆叠件的隔室(c)的阳离子膜壁。

在另一个实施例中：

(i)隔室(b)的阴离子膜壁也是隔室(c)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(c)的阳离子膜壁也是隔室(a)的阳离子膜壁；

(iii)隔室(a)的阴离子膜壁也是隔室(d)的阴离子膜壁；以及

(iv)隔室(d)的阳离子膜壁也是相邻堆叠件的隔室(b)的阳离子膜壁。

根据膜壁放置在堆叠件中的顺序，可制造出多个堆叠件设计，例如，如表1所示，其中第1列至第8列中的每一列表示堆叠件中的膜壁和隔室的顺序，其从表1的第2行中的第一膜壁开始且在表1的第10行结束。在包括表1所述膜堆叠件的EDM单元中，包括阴极的阴极室可设置为邻近第 2行中的任何膜壁，且包括阳极的阳极室可设置为邻近第10行中的任何膜壁。

表1：用于本发明EDM堆叠件的膜和隔室顺序

1

2

3

4

5

6

7

8

膜

CEM

mAEM

mCEM

AEM

CEM

mAEM

mCEM

AEM

隔室

(d)

(a)

(c)

(b)

(d)

(a)

(c)

膜

mAEM

mCEM

AEM

CEM

AEM

CEM

mAEM

mCEM

隔室

(a)

(c)

(b)

(d)

(c)

(b)

(d)

(a)

膜

mCEM

AEM

CEM

mAEM

mCEM

AEM

CEM

mAEM

隔室

(c)

(b)

(d)

(a)

(c)

(b)

(d)

膜

AEM

CEM

mAEM

mCEM

mAEM

mCEM

AEM

CEM

隔室

(b)

(d)

(a)

(c)

(d)

(a)

(c)

(b)

膜

CEM

mAEM

mCEM

AEM

CEM

mAEM

mCEM

AEM

例如，隔室在堆叠件中的顺序为(c)、(a)、(d)、(b)(如表1 中的第8列所示)或(d)、(a)、(c)、(b)(如表1中的第1列所示)，后者可被视为相对于前者具有反向顺序的示例。所述堆叠件还可包括这样的隔室作为重复单元，例如，所述堆叠件可选地包括隔室[(c)、 (a)、(d)、(b)]_n或[(d)、(a)、(c)、(b)]_n，其中n大于1，例如，从1到1000。

优选地，第一离子浓缩室和第二离子浓缩室彼此不流体连通，即它们是流体分离的。产生这种优选方式的原因是：如果来自第一离子浓缩室和第二离子浓缩室的流体彼此接触，则会形成不溶性盐的沉积。

通常，每个堆叠件中的离子稀释室(a)和(b)中的一个与两个离子浓缩室(c)和(d)离子连通以及该堆叠件中的离子稀释室(a)和(b) 中的另一个仅与离子浓缩室(c)和(d)中的一个离子连通。在包括本发明所述堆叠件中的超过一个重复单元的ED单元中，优选地每个堆叠件与下一个堆叠件离子连通。例如，一个重复单元如上所述处于离子连通中，且在所有其他重复单元中，每个重复单元中的离子稀释室(a)和(b)中的一个与所述重复单元的两个离子浓缩室(c)和(d)均离子连通，而所述重复单元中的离子稀释室(a)和(b)中的另一个则仅与所述重复单元中的离子浓缩室(c)和(d)中的仅一个离子连通，并与下一个(相邻)重复单元中的离子浓缩室(c)和(d)中的一个离子连通。

所述堆叠件可以是任何形状，优选为八边形、矩形或正方形。优选地，当在与流过隔室(a)的流体方向相同的平面上进行测量时，所述堆叠件具有截面尺寸，该截面尺寸为40-250cm×20-160cm，例如，具有40到250cm 的长度和20到160cm的宽度。合适的截面尺寸的示例包括40×80cm、 40×100cm、50×50cm、50×100cm、50×160cm、60×120cm、60×160cm、 80×160cm、100×100cm和100×200cm。

当所述堆叠件具有矩形截面时，随后流过离子稀释室(a)和(b)的流体则优选地平行于矩形的最长边，且流过离子浓缩室(c)和(d)的流体则平行于矩形的最短边。这样的优选方式产生的原因是因为需要脱盐的流体的路径长度越长，脱盐效率越高。

在另一个实施例中，离子稀释室的高度低于离子浓缩室的高度。这样的优选方式产生的原因是因为其能够降低所述堆叠件的电阻。因此，低导电率的流体所流过的隔室优选具有低高度，例如，在一个实施例中，一个或多个离子稀释室包括间隔物和/或与离子稀释室接近的膜具有突起(其降低了离子稀释室的有效高度)。较低的隔室高度还可导致从隔室的入口端到该隔室的出口端的更高压降。在该实施例中，流过离子稀释室(a)和(b) 的流体优选地平行于这些隔室的最短侧壁，且流过离子浓缩室(C1)和(C2) 的流体则优选地平行于这些隔室的最长侧壁。这样的优选方式产生的原因是因为所有隔室中的压力优选大约相等以减少内部泄漏的机会。

本发明所述的堆叠件可用于制备ED单元。

根据本发明的第二个方面，提供了一种电渗析(ED)单元，包括根据本发明的第一个方面所述的膜堆叠件、包括阴极的阴极室(f)和包括阳极的阳极室(g)，其中，所述膜堆叠件位于所述阳极室(f)和所述阴极室 (g)之间。

通常，在根据本发明的第二个方面所述的ED单元中，例如，所述堆叠件中存在的隔室的顺序为(g)、(c)、(a)、(d)、(b)、(f) 或(f)、(d)、(a)、(c)、(b)、(g)。根据本发明的第二个方面所述的ED单元包括超过一个堆叠件，所述堆叠件的公式为(g)[(c)、 (a)、(d)、(b)]_n(f)或(f)[(d)、(a)、(c)、(b)]_n(g)，其中(g)、(c)、(a)、(d)、(b)和(f)分别表示隔室(g)、(c)、 (a)、(d)、(b)和(f)，且n如上文所定义。如上所述，也可使用表1中描述的六个其他隔室中的任何一个。

在一个实施例中，所述堆叠件的外膜壁(作为电极室的一部分)包括阳离子交换膜，优选包括具有对一价阳离子具有高选择性的阳离子交换膜，因为这用于防止阴离子(例如，氯离子)和多价阳离子进入电极室中。ED 单元的公式优选表示为(f)(c)、(b)、[(d)、(a)]_n(g)或(f) [(a)、(d)、(b)、(c)]_n，其中(g)、(c)、(a)、(d)、(b)、 (f)和n都如上所述进行定义。

替代地，坚固的耐氯膜用于最外侧的膜壁，例如，Nation^TM膜。优选地，堆叠件的外膜壁比堆叠件的其他部分中的膜要厚。

可选地，电极室用作ED单元的端板。替代地，ED单元可提供为具有不是电极室一部分的端板。电极室还可在两个堆叠件之间共享，例如，ED 单元包括超过二个的电极室。

电极室可选地还包括电解液，所述电解液与进料到离子稀释室(a)和 (b)之一中的流体不同，或可选地，与进入离子稀释室(a)和(b)之一的流体相同。可用在电极室中使用的电解液的示例包括包含氯化钠、氯化钾、硫酸钠、Fe(II)和Fe(III)盐(例如，FeCl₂、FeCl₃、FeSO₄、Fe₃ (SO₄)₂)以及包含两种或更多种前述物质的混合物的溶液。

电极优选地各自单独地包括导电材料，比如，不锈钢(例如，不锈钢网)、石墨、钛(例如，钛网或板)、铂、铱、铑、铌、锆、钽、钨、导电聚合物、导电氧化物、导电聚合物/碳复合材料(例如，聚烯烃/石墨复合膜)或包含其中两种或多种的组合。另外，电极可不进行涂覆或进行涂覆。涂覆的电极的示例包括涂覆铂的不锈钢网和涂覆氧化铱的钛网。导电聚合物的非限制性示例包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其组合。电极还可包括混合金属氧化物，例如，掺杂铟的氧化锡(ITO)、掺杂锑的氧化锡(ATO) 和掺杂铝的氧化锌。在一个实施例中，电极包括可由任何导电材料或具有高表面积的复合材料形成的导电高表面层，例如，活性炭、碳纳米管、石墨、碳纤维、碳布、碳气凝胶、金属粉末(例如，镍)、金属氧化物(例如，氧化钌)、导电聚合物以及包含两种或更多种上述物质的组合。

根据本发明的第三个方面，提供一种用于处理流体的设备，所述设备包括至少两个根据本发明的第二个方面所述的电渗析(ED)单元。

优选地，所述至少两个ED单元流体串联连接，从而流入第二和任何后续ED单元的隔室(a)或(b)的流体是从前面的ED单元的隔室(b) 或(a)流出的流体。

就通过每个ED单元的流动方向而言，优选方式如上文关于本发明的第二方面所述。

优选地，所述设备(和每个ED单元)仅包括一个用于需要去离子或脱盐的流体的入口。在该方法启动时，可使用流体连接到最后一个ED单元的离子浓缩室的两个额外的入口来填充浓缩室。优选地，当浓缩室填满时(例如，在稳态期间，连续使用堆叠件或ED单元)，不使用这些额外的入口。然而，在一个实施例中，希望将一些进料流体进料至额外的入口，例如，为了通常以低流速来供给最后一个ED单元的离子浓缩室。在这种情况下，通过这些额外的入口的流速远低于通过主入口的进料液体的流速的至少5倍，更优选至少10倍。例如，通过离子浓缩室的这种低流速可用于使离子浓缩室中的压力大约等于离子稀释室中的压力。

优选地，所述设备(和每个ED单元)包括用于脱盐流体的仅一个出口和用于其中离子浓度已增加的流体的至少两个出口。

因此，在优选实施例中，根据本发明所述的设备包括：

(i)根据本发明的第二个方面所述的至少两个流体串联连接的ED单元，从而流入第二和任何后续ED单元的隔室(a)或(b)的流体是从前面的ED单元的隔室(b)或(a)流出的流体；和/或

(ii)用于需要脱盐的流体的仅一个入口；和/或

(iii)用于脱盐流体的一个出口和用于其中离子浓度已增加的流体的至少两个出口。

通常，所述至少两个ED单元串联连接，从而流入第一和任何后续ED 单元的隔室(c)或(d)的流体是从下一个ED单元的隔室(c)或(c)流出的流体。

在一个实施例中，所述设备中存在的ED单元彼此相同。在一个实施例中，所述设备中存在的ED单元彼此不相同，例如，至少两个所述ED单元中使用的堆叠件不相同。可通过在每个堆叠件中使用不同的膜壁来制备不相同的堆叠件，例如，使膜壁具有不同的性质。例如，一个ED单元中的一价AEM的性质可与另一个ED单元中的一价AEM的性质不同。

在优选实施例中，所述设备包括根据本发明的第二个方面所述的至少两个ED单元(EDM1和EDM2)，所述至少两个ED单元被构造成使第一ED单元的隔室(a)和/或(b)每侧上的膜壁与后续ED单元的隔室(a) 和/或(b)每侧上的膜壁相比具有不同的性质，例如，(例如，每个)单元的隔室(a)和/或(b)每侧上的膜壁的电阻小于(例如，所述)下一个 ED单元的隔室(a)和/或(b)每侧上的膜壁的电阻。例如，EDM1的隔室(a)和/或(b)每侧上的膜壁的电阻小于EDM2等的隔室(a)和/或(b) 每侧上的膜壁的电阻。不同的性质通常不是指一价选择性，而是指诸如电阻和水渗透性的性质。在所有ED单元中，隔室(a)每侧上的膜壁是mAEM 和mCEM。关于膜性质的上述说明不包括ED单元的两个最外侧的膜，所述最外侧的膜面向电极室(当存在时)。两个最外侧的膜在所有ED单元中可以是相同的。

离子稀释室和离子浓缩室的高度(即三维长度、宽度和高度中的最小值)优选为50-1000μm，更优选70-600μm，例如，100、200、250、300、 400或500μm。因此，每个隔室每侧上的膜壁优选在50到1000μm之间，更优选在70到600μm之间，例如，隔开100、200、250、300、400或500μm。离子稀释隔室和离子浓缩隔室可具有相同的高度或不同的高度。所有堆叠件中的隔室高度可相同，或一个堆叠件中的隔室的高度可与同一堆叠件中的另一隔室中的隔室高度不同、不同于另一堆叠件中的隔室高度或与另一个ED单元中的隔室高度不同。另外，所述设备可包括ED单元，所述ED 单元具有包括全部具有相同高度的隔室的堆叠件，或具有包括从一个堆叠件至下一个堆叠件具有不同高度的隔室的堆叠件。例如，堆叠件中的离子稀释室的高度可低于该堆叠件中的离子浓缩室的高度。通过对离子浓缩室和离子稀释室使用不同的高度并调节通过隔室的流速，可减小相邻离子浓缩室和离子稀释室之间的压力差。

根据本发明的第四个方面，提供一种使进料流体脱盐的方法，包括在将电压施加在所述或每个ED单元的阴极和阳极上时，使所述进料流体穿过根据本发明的第二个方面所述的ED单元或根据本发明的第三个方面所述的设备。

通常，所述进料流体包括一价阴离子和阳离子以及高价阴离子和阳离子(高价离子是化合价至少为2的离子)。所述方法通常将所述进料流体分离成贫含所述阴离子和所述阳离子的流，并分离成至少两种浓缩流，其中至少一种所述浓缩流富含所述高价阴离子，且至少另一种所述浓缩物富含所述高价阳离子。

在本发明所述的方法中，需要脱盐的进料流体可穿过每个EDM单元两次，例如，第一次穿过隔室(a)并随后穿过隔室(b)或第一次穿过隔室 (b)并随后穿过隔室(a)。优选地，所述需要脱盐的进料流体首先穿过隔室(a)并随后穿过隔室(b)。

在第一离子稀释室(a)中，由于存在mAEM和mCEM，所以主要的一价离子从所述进料流体中去除。去除的离子进入到离子浓缩室(c)和(d) 中。在第二离子稀释室(b)中，一价和高价离子均从所述进料流体中去除，这是因为所述第二离子稀释室中每侧上的膜壁对一价离子的选择性低于所述第一离子稀释室中使用的mCEM和mAEM。同样，这些去除的离子进入到离子浓缩室(c)和(d)中。

应注意，“第一”和“第二”可互换，即所述进料流体可以任何顺序穿过隔室(a)和(b)。

与现有的EDM系统相比，本发明具有几个优点。不仅不需要额外的氯化钠供应，而且能量的需要更少，且进料流体的脱盐更有效，这是因为进料流体穿过堆叠件两次。因此，需要更少的堆叠件来实现所需的脱盐水平，使得该系统在CAPEX和OPEX两方面都具有商业上的优势。当进料流体含有的一价离子的当量小于多价离子的当量时，优选将额外的一价离子加入到进料流体中。

在一个实施例中，所述设备包括两个流体串联的ED单元。所述进料流体进入第一ED单元(EDM1)，穿过EDM1的两个离子稀释室(a)和 (b)，并随后进入第二ED单元(EDM2)中，其中其穿过EDM2的两个离子稀释室(a)和(b)。可选地，所述进料流体穿过EDM1再循环两次或更多次；然而，在优选的方法中，所述进料流体仅穿过EDM1的隔室(a) 和(b)一次。也可将流出EDM1的(a)和(b)的流体再循环穿过EDM2 几次；然而，在优选的方法中，流出EDM1的(a)或(b)的流体仅穿过 EDM2的隔室(a)和(b)一次。流出EDM1隔室(a)和(b)的流体具有比进入EDM1的隔室(a)或(b)的进料流体更低的离子含量。类似地，流出EDM2隔室(a)或(b)的流体具有比进入EDM2的隔室(a)或(b) 的进料流体更低的离子含量。

上述优选方式对于包括至少两个流体串联的ED单元的设备也是正确的。因此，优选地，所述进料流体仅穿过每个ED单元的隔室(a)和(b) 一次。串联的两个(或多个)ED单元口可在相同的壳体中或每个在单独的壳体中。

优选地，所述ED单元被构造成使流过所述离子稀释室的ED单元之间的流体的流动方向可与流过所述离子浓缩室的流动方向相反。

例如，根据本发明的第三个方面所述的设备被构造成使已流过根据本发明的第二个方面所述的第一ED单元(EDM1)的离子稀释室(a)和(b) 的进料流体可随后流过根据本发明的第二个方面所述的下一个ED单元 (EDM2)的离子稀释室(b)或(b)，并使已流过下一个ED单元(EDM2) 的离子浓缩室(c)和(d)的流体可随后分别流过之前的ED单元(EDM1) 的离子浓缩室(c)或(d)。流出第一ED单元(EDM1)的离子浓缩室(c) 和(d)的流体形成两个浓缩产物流。这些来自第一ED单元(EDM1)的浓缩产物流可暂时存储在储罐中，直到进行进一步的处理，比如，蒸发和/ 或结晶。

通常，流出隔室(c)和(d)的一个流体具有比进入该隔室的流体更高的高价阴离子浓度，而另一个流体则具有比进入另一个隔室中的流体更高的高价阳离子浓度。通常，流体均具有较高的多价阴离子和阳离子浓度。

可选地，所述方法包括以下步骤：将流出隔室(c)和(d)的流体转移到分离的循环罐中，并可选地使这些流体分别再循环穿过相同ED单元的隔室(c)或(d)，例如，直至流体具有所需的离子浓度。

流过离子浓缩室(c)和(d)的流体通常穿过循环罐进行循环。当流体流过离子浓缩室(c)和(d)时，离子和一些水从隔室(a)和(b)穿过，穿过这些隔室的膜壁并进入穿过浓缩室(c)和(d)的流体流中。按此方式，需要脱盐的进料流体中的离子被耗尽(并失去水)，且穿过浓缩室(c)和(d)的流体富含离子(并获得水)。因此，所述设备优选还包括每个ED单元的至少两个浓缩物循环罐，每个浓缩物循环罐与离子浓缩室(c)和(d)中的一个流体连通。

从根据本发明的第二方面的第二和任何后续ED单元的浓缩室(c)和 (d)流出的流体(例如，EDM2、EDM3等)可被进料到相应的循环罐中，例如，使用进料和排放机制。然后，各循环罐中的流体可循环穿过相同ED 单元的相应离子浓缩室(c)和(d)，并输入到前面的ED单元的相应离子浓缩室(c)和(d)中(例如，来自EDM2的隔室(c)的浓缩物可通过相应的循环罐被进料至到EDM1的隔室(c)，且来自EDM2的隔室(d) 的浓缩物可通过相应的循环罐被进料到EDM1的隔室(d)中，以此类推)。因此，优选地，穿过离子浓缩室(c)和(d)的流体循环穿过相同ED单元的相应离子浓缩室(c)和(d)，然后被进料到之前的ED单元的相应的离子浓缩室(c)和(d)中。

在本发明所述方法中施加在该ED单元或每个ED单元的阳极和阴极上的电压使离子和水从离子稀释室输送到离子浓缩室。

在根据本发明的第四个方面所述的优选方法中，当所述方法达到稳定状态时，执行所述方法，使(并且所述设备被构造成使得)穿过第二和任何后续ED单元的离子浓缩室(c)和(d)进料的流体是流出相同的ED单位的相同隔室的流体。例如，流出EDM2的离子浓缩室(c)的流体被进料回到EDM2的离子浓缩室(c)的入口，优选地通过(小)循环罐来完成。如果需要，可向离子浓缩室或最后一个ED单元的相应循环罐提供低流量的进料流体，但是优选地-如果可能的话-当所述方法达到稳定状态时不会这样做，因为不需要。

通常，流出隔室(d)的流体具有高含量的高价阴离子和低含量的高价阳离子，而流出隔室(c)的流体具有高含量的高价阳离子和低含量的高价阴离子。按此方式，可减少或完全避免结垢出现，这是因为抗衡离子保持分离，否则将形成水不溶性或低溶解度盐。

因此，优选地，执行所述方法，使已穿过任何ED单元的隔室(c)的流体不会与已穿过任何ED单元的隔室(d)的流体混合。因此，从隔室(c) 获得浓缩物保持与从(d)隔室获得浓缩物分离。

然而，在一个实施例中，所述方法还包括其他以下步骤：使已穿过任何ED单元的隔室(c)的流体与已穿过任何ED单元的隔室(d)的流体混合，例如，在结晶器中混合。该进一步的步骤优选在ED单元外部来执行。这种盐的沉淀本身可能具有商业价值，但混合应该在ED单元外部进行，这是因为如果在ED单元内发生混合，沉淀物会污染膜壁并阻碍流体流过 ED单元。

在优选实施例中，所述方法是连续的方法。在对所述设备充电并实现稳态后，不需要批量执行所述方法。流出每个ED单元的隔室(a)或(b) (无论谁先谁后)的流体可被进料到后续ED单元的隔室(a)或(b)中。当该方法首次开始并在达到稳态之前，所有离子浓缩室(c)和(d)(以及当存在时的浓缩循环罐)逐渐被填充(或其内容物被进料流体替代)。

可选地，每个ED单元包括稀释液循环罐，其与离子稀释室(a)和/ 或(b)流体连接。所述稀释液循环罐可在启动时使用，直到达到稳态，或者可连续使用以提高所述设备的脱盐效率(通过需要较少数量的堆叠件)。

当所述设备包括三个ED单元时，流出第二和第三ED单元的隔室(c) 和(d)的流体优选分别被投入之前的ED单元的隔室(c)和(d)中(相对于需要脱盐的流体穿过ED设备的顺序)。例如，流出第二ED单元的隔室(c)和(d)的流体流分别被进料到第一ED单元的隔室(c)和(d)，且流出第三ED单元的隔室(c)和(d)的流体流分别被进料到第二ED单元的隔室(c)和(d)，依此类推。

因此，与并流操作相比，第三ED单元中的离子稀释室和离子浓缩室之间的离子浓度差异(当存在时)减小。此外，当来自每个ED单元的浓缩物再循环到相同的ED单元(并通过输入机构再循环到之前的单元)时，可使用低循环体积，从而实现高效率，特别是当再循环浓缩物在ED单元之间沿与流过隔室(a)和/或(b)的方向相反的方向流动时。与常规脱盐系统(比如，反渗透)的产率至多为50％相比，可实现脱盐水的高产率为超过70％。

本发明所述的设备可选地包括超过三个ED单元，这根据所需的脱盐程度而变化。当进料流体进入第一ED单元具有非常高的离子含量时，所述设备优选包括流体串联连接的三个以上的ED单元，以将每个EDM单元的脱盐率保持在所需的限度内。可根据需要来控制脱盐程度和脱盐速率，以提供具有所需离子浓度的水。所述设备可含有任意数量的本发明所述ED 单元，但优选包括2到8个此ED单元，尤其是包括2、3或4个此类串联的ED单元。

如上所述，每个堆叠件中离子稀释室和离子浓缩室的高度优选在50到 100μm之间，且对于每个ED单元的每个堆叠件可以是不同的。例如，在本发明所述的设备中，第一ED单元(EDM1)中的隔室高度可大于后续 ED单元(EDM2、EDM3等)中的隔室高度。在第二和任何后续ED单元中(当存在时)，离子稀释室(a)和(b)的高度优选小于第一ED单元中离子稀释室(a)和(b)的高度，这是因为穿过后者单元的流体具有的离子浓度较低且因而具有较高的电阻。相比于第一ED单元中的离子稀释室(a)和(b)的高度，通过降低第二和任何后续ED单元中离子稀释室 (a)和(b)的高度，可降低ED单元的能耗，尽管较低的高度也会增加将液体泵送穿过隔室所需的能量，因此需要实现最低的总能耗的高度。优选地，离子稀释室(a)和(b)的高度是基于进料液体的组成和设备中ED 单元的数量来选择的。

在每个ED单元中，穿过隔室(a)和/或(b)的流体流速与穿过该单元的隔室(c)和(d)的流体的平均流速的比率优选在10：1和1:10之间，更优选地在3：1和1：3之间，尤其是约1：1，即穿过给定ED单元的所有隔室的流速优选大致相同，特别是当该单元的隔室(a)、(b)、(c) 和(d)的高度大约相同时。穿过隔室(a)、(b)、(c)和(d)的大致相等的流速是优选的，以使离子稀释室和离子浓缩室之间的压力差保持较低，从而减少流体泄漏的机会。当隔室(a)和(b)的高度小于离子浓缩室(c)和(d)的高度时，优选穿过隔室(a)和(b)的流速低于穿过浓缩室(c)和(d)的流速。

进入设备的第一ED单元的需要脱盐的进料流体优选包含水以及一价和更高价离子。优选地，所述进料流体包含比高价离子更多摩尔当量的一价离子。优选地，一价离子的摩尔当量与高价离子的摩尔当量之比高于1.1，更优选高于1.5。这种优选方式产生的原因是需要具有足够的一价抗衡离子来平衡高价离子的电荷。

在本发明所述的方法中，ED单元上的电阻随时间变化。因此，一个优选实施例包括随着ED单元的电阻变化而改变施加在所述ED单元或每个 ED单元的阳极和阴极上的电压(例如，同时保持电流恒定)，或在ED单元的电阻改变时改变施加在所述ED单元或每个ED单元的阳极和阴极上的电流(例如，同时保持电压恒定)。在本发明所述的方法中，在每个ED单元的阳极和阴极上施加的电压可相同或者可不同。例如，施加在第一ED 单元(EDM1)的阳极和阴极上的电压可以是恒定电压而电流是可变的，且在第二和任何后续ED单元(例如，EDM2、EDM3等)的阳极和阴极上施加的电压可以是可变的而电流是恒定的，以最小化脱盐成本。施加在设备的第一和每个后续ED单元的电极上的电压优选低于极限电流密度(LCD)。

快速脱盐是优选的，这是因为在快速脱盐过程中渗透水输送减少，因此提高了该方法的效率：脱盐水的产率更高、产流更浓。然而，以更高的能量消耗为代价实现了更高的效率。根据应用，可选择最佳设置。

可选地，所述设备包括串联连接的两个或多个平行组的至少两个电渗析(ED)单元。按此方式，至少将所述设备的容量翻倍。设备中ED单元的总数可能很大，例如，当需要高容量时，数量超过100或甚至超过1000。可选地，所述设备包括共用的浓缩物和稀释液循环罐以降低成本，条件是流出每个隔室(c)的浓缩流不会与流出任何隔室(d)的浓缩物混合。

根据本发明的第五个方面，提供一种设备，包括至少四个电渗析(ED) 装置，每个ED单元包括阳极室(f)、阴极室(g)和膜堆叠件；其中，每个膜堆叠件包括：

(a)第一离子稀释室；

(b)第二离子稀释室；

(c)第一离子浓缩室；

(d)第二离子浓缩室；以及

(e)膜壁，位于每个隔室之间并位于堆叠件的第一和最后一个隔室的外侧上；

其中：

(i)每个ED单元中的所述膜堆叠件位于所述ED单元的所述阳极室 (f)和所述阴极室(g)之间；

(ii)每个膜壁包括阳离子交换膜或阴离子交换膜，且所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜在每个堆叠件中从每个壁到下一个壁顺序交替；

(iii)在每个堆叠件中，隔室(a)每侧上的膜壁具有的一价离子选择性均比隔室(b)每侧上的对应的膜壁的一价离子选择性高；以及

(iv)每个ED单元还包括装置，所述装置用于在所述ED单元的隔室 (a)和后续或前面的ED单元的隔室(b)之间以及在所述ED单元的隔室 (b)和后续或前面的ED单元的隔室(a)之间传递流体。

对本发明第五方面的各种组件和特征的优选方式如关于本发明的其他方面所述，除了以下方面：用于在隔室(a)和(b)之间传递流体的装置连接至相邻的ED单元的隔室(b)和(a)(与相同的ED单元的隔室(b) 和(a)相反)。

所述膜的一价离子选择性如下来进行确定：

阳离子交换膜的一价离子选择性

所述阳离子交换膜的一价离子选择性如下来进行确定。使下述测试进料流体穿过包括10个电池对的常规ED单元(ED测试单元1)，每个电池对包括待测阳离子交换膜和阴离子交换膜(来自Asahi Glass Corp.的 Selemion ASV)。待测阳离子交换膜的有效膜面积为0.0037m²，膜尺寸为 8.9×4.1cm。此外，在每个膜和下一个膜之间存在间隔物(来自DeukumGmbH的480μm织造间隔物)。

使用包含水和以下组分的组成作为测试进料流体：

测试进料流体：

使用硫酸钠溶液(0.5M)作为ED测试单元1的阳极室和阴极室的电解夜。

然后如下运行ED测试单元1：

在将测试进料流体再循环穿过ED测试单元1200分钟后，通过电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)来测量Na⁺和Ca²⁺的浓度。然后使用如上所述的公式(1)来计算阳离子交换膜的一价离子选择性。

阴离子交换膜的一价离子选择性

阴离子交换膜的一价离子选择性是通过使上述测试进料流体穿过如上所述的常规ED单元(ED测试单元1)测定阳离子交换膜的一价离子选择性来确定的。然而，在ED测试单元1包括十个电池对的情况下，每个电池对包括待测阴离子交换膜和阳离子交换膜(来自Asahi Glass Corp.的 Selemion CSO)。待测阴离子交换膜的有效膜面积为0.0037m²，膜尺寸为 8.9×4.1cm。此外，在每个膜和下一个膜之间存在间隔物(来自Deukum GmbH的480μm织造间隔物)。

在通过ED测试单元1再循环上述测试进料流体200分钟后，通过离子色谱法测量Cl^-和SO₄ ^2-的浓度。然后使用如上所述的公式(1)来计算阴离子交换膜的一价离子选择性。

现在通过以下非限制性示例来说明本发明，其中使用以下缩写：

mAEM是指从日本Astom公司获得的ACS阴离子交换膜，其ER为 3.8ohm.cm²并具有一价选择性(即与高价阴离子相比对，一价阴离子的高选择性)。

mCEM是指从日本Astom公司获得的CIMS阳离子交换膜，其ER为 1.8ohm.cm²并具有一价选择性(即与高价阳离子相比，对一价阳离子的高选择性)。

AEM是指从日本Astom公司获得的AMX“标准”阴离子交换膜，其ER 为2.4ohm.cm²并与高价阴离子相比具有对一价阴离子的低选择性。

CEM是指从日本Astom公司获得的CMX“标准”阳离子交换膜，其ER 为3.0ohm.cm²并与高价阳离子相比具有对一价阳离子的低选择性。

使用上述方法来确定膜的选择性。

膜	一价离子选择性
		mAEM	5.10
AEM	3.04
		mCEM	3.70
CEM	0.89

从上表可以计算出，mAEM比“标准”阴离子交换膜AEM的一价选择性高1.7倍，而mCEM比“标准”阳离子交换膜CEM的一价选择性高4.2倍。

实例1

构建包含81个膜的膜堆叠件MS1。堆叠件中膜的顺序为 [CEM-AEM-mCEM-mAEM-]_nCEM，其中n为20。膜mCEM和mAEM位于隔室(a)的每侧上，且方括号内的膜CEM和AEM位于隔室(b)的每侧上。因此，堆叠件包括隔室的重复单元[(b)、(c)、(a)、(d)]_n。

该堆叠件包括上述顺序的膜、每个膜与下一个膜之间的间隔物(来自 DeukumGmbH的480μm厚的织造间隔物)、一个用于进料液体的入口、两个用于浓缩物的入口、一个用于脱盐液体的出口和两个用于浓缩物的出口以及将每个隔室(a)与隔室(b)流体连接的管道。

此外，堆叠件被构造成使穿过隔室(a)的流体在与穿过隔室(b)的流体相反的方向上流动，并在穿过隔室(c)和(d)的流体的横流方向上流动。膜的有效面积均为10cm×10cm。

制备适用于EDM的ED单元

ED单元通过将堆叠件放置在阴极和阳极之间并使用端板和螺栓将膜、阴极和阳极紧固在一起来从堆叠件MS1进行制备。

所述堆叠件还包括管道，以确保需要脱盐的流体将流过两个离子稀释室，从而流体首先穿过隔室(a)然后穿过隔室(b)。

EDM单元按[(b)、(c)、(a)、(d)]_n的顺序包括隔室。因此，所述堆叠件包括隔室的重复单元(g)[(b)、(c)、(a)、(d)]_n(f)，其中n为20。

设备的制备以及方法的使用

可使用上面制备的三个ED单元来根据图4制备设备。

为了测试本发明所述的方法，通过使用上面制备的ED单元三次进行三个单独的脱盐以模拟图4中所示的设备。ED单元在第一脱盐步骤中称为 EDM1，在第二脱盐步骤中称为EDM2，在第三脱盐步骤中称为EDM3。为清楚起见，在下面给出的结果中，将量进行标准化。第三脱盐步骤(使用 EDM3)的目的是生产具有约0.5mS/cm电导率的饮用水。

方法条件如下表2所示：

表2

在所述方法中，流体的温度从约19℃逐渐升高至约22℃。

进入第一ED单元(EDM1)的需要脱盐的进料液体被设计成模拟海水，其中的组成如下表3所示：

表3需要脱盐的进料流体

成分	组成	单位
			NaCl	3184.000	g
CaCl<sub>2</sub>.2H<sub>2</sub>O	183.358	g
			Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>	473.107	g
KCl	87.706	g
			MgCl<sub>2</sub>.6H<sub>2</sub>O	1475.383	g
水	94.596	kg
			总计	100.000	kg
密度	1.03037	g/cm<sup>3</sup>
			电导率(23℃下)：	65.5	mS/cm
TDS	45.75	g/kg

第一和第二脱盐步骤使用流出下一个ED单元的浓缩物(与需要脱盐的流体逆流)。因此，在模拟中，首先进行第三脱盐步骤。为了能够首先进行第三脱盐步骤，有必要确定用作EDM3的离子稀释室的进料流体的需要脱盐的流体的组成以及用作EDM2的离子稀释室的进料流体的需要脱盐的流体的组成。因此，首先和单独地，确定EDM1和EDM2中的脱盐性能。在EDM1中，发现需要脱盐的进料流体的电导率从65.5mS/cm降低到 28.3mS/cm。在EDM2中，需要脱盐的流体的电导率从28.3mS/cm降低到 8.56mS/cm。流出EDM1和EDM2的脱盐流体的组成示于下表4中。然后将这些组成作为需要脱盐的流体用于本示例的第二部分来分别穿过EDM2 和EDM3的离子稀释室，以模拟根据本发明所述的连续的方法，其中脱盐的顺序为EDM1>EDM2>EDM3。

表4流出EDM1和EDM2的脱盐流体的组成

成分	流出EDM1的组成	流出EDM2的组成	单位
				NaCl	1079.308	218.005	g
CaCl<sub>2</sub>.2H<sub>2</sub>O	70.760	11.038	g
				Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>4</sub>	318.742	162.928	g
KCl	32.928	8.641	g
				MgCl<sub>2</sub>.6H<sub>2</sub>O	746.773	227.477	g
水	97.751	99.372	kg
				总计	100.000	100.000	kg
密度	1.01242	1.00344	g/cm<sup>3</sup>
				电导率(23℃下)	28.3	8.56	mS/cm
TDS	18.34	5.04	g/kg

在模拟中，所述方法的第一步是穿过EDM3来执行第三脱盐步骤。使与将流出EDM2的组成相同的组成(如表4的第三列所示)用作需要脱盐的流体，并穿过EDM3的隔室(a)和(b)，且使需要脱盐的进料流体(如表3所示)穿过EDM3的隔室(c)和(d)。将流体再循环穿过它们各自的EDM3室，直到离子稀释室(a)和(b)中的流体的电导率达到0.5mS/cm 的目标。

使流出EDM3的隔室(c)和(d)的流体分别进料至EDM2的离子浓缩室(c)和(d)，且使流出EDM1的脱盐的流体(如表4的第二列所示) 穿过EDM2的离子稀释室(a)和(b)。将流体穿过它们各自的EDM2室再循环511分钟，直到EDM2的离子稀释室中的流体的电导率达到8.3mS/cm的值，这接近于用作上述EDM3的离子稀释室(a)和(b)的进料的需要脱盐的流体组成。

使流出EDM2的隔室(c)和(d)的流体分别进入EDM1的离子浓缩室(c)和(d)，且使进料流体(如表3所示)穿过EDM1的离子稀释室 (a)和(b)。将流体再循环穿过它们各自的EDM1的隔室954分钟，直到EDM1的离子稀释室中的流体的电导率达到28.3mS/cm的值。

进入每个ED单元的需要脱盐的流体的性质以及流出每个ED单元的脱盐的流体和浓缩的流体的性质如表5所述。进料流体的离子组成、流出 EDM3的脱盐的流体以及两个流出EDM1的浓缩的流体如表6所列。

其相对于进料流体的量，具有低电导率以便适合作为饮用水的脱盐水的最终总产率大于72％。与其他海水淡化技术相比，这是非常高的。

表5如上所述穿过EDM1、EDM2和EDM3的三个脱盐实验(即模拟本发明所述的连续方法)的结果

总稀释液产率为72.6％。产率是指流出EDM3的脱盐流体与进入EDM1 的需要脱盐的进料流体体积之间的比例。

表6流体分析

通过离子色谱法(IC)测量上表6中所述的硫酸盐和氯化物含量，并通过电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测量其他离子的含量。

实例2

进行了类似的模拟实验，但ED单元之间的流动以并流方向进行。对于这三个步骤，使用与实例1中相同的需要脱盐和相同设置的进料流体。因此，需要脱盐的进料流体用作EDM1的离子稀释室(a)和浓缩室(c) 和(d)的输入。流出EDM1的隔室(a)的流体也被进料至EDM1的隔室 (b)。将流体流再循环穿过EDM1的隔室(a)和(b)，直到需要脱盐的流体的电导率降低至27.1mS/cm，同时将流出隔室(c)和(d)的流体流分别穿过EDM1的隔室(c)和(d)再循环回来。将流出EDM1的隔室(b)、 (c)和(d)的三种流体流分别进料至EDM2的隔室(a)、(c)和(d) 中用于第二步骤。在第二步骤中，将需要脱盐的流体再循环穿过EDM2的隔室(a)和(b)，直到流体的电导率为8.6mS/cm，同时将流出隔室(c) 和(d)的流体流分别穿过EDM2的隔室(c)和(d)再循环回来。在第三步骤中，将流出EDM2的隔室(b)的需要脱盐的流体再循环穿过EDM3 的隔室(a)和(b)，直到获得0.5mS/cm的目标电导率。分别穿过EDM3 的隔室(c)和(d)再循环的两股流是所得的浓缩产物流。

总产率为65.3％。流出EDM3的浓缩流体的离子含量低于实例1中流出EDM1的浓缩流体的离子含量。

功耗略高于实例1。即便如此，与其他海水淡化技术相比，产率也很好。表7中给出了每个步骤中流体的性质。

表7

	EDM1	EDM2	EDM3	单位
					进入ED单元时需要脱盐的流体的重量	78.49	67.78	59.86	kg
流出EDM单元时需要脱盐的流体的重量	67.78	59.86	51.73	kg
					进入ED单元时的浓缩物(d)重量	5.91	10.86	13.80	kg
流出ED单元时的浓缩物(d)重量	10.86	13.80	17.26	kg
					进入ED单元时的浓缩物(c)重量	5.91	11.41	15.7	kg
流出ED单元时的浓缩物(c)重量	11.41	15.7	20.14	kg
					进入ED单元时需要脱盐的流体的电导率	65.5	27.1	8.6	kg
流出ED单元时脱盐流体的电导率	27.1	8.6	0.5	mS/cm
					进入ED单元时的浓缩物(d)的电导率	65.5	150	153	mS/cm
流出ED单元时的浓缩物(d)的电导率	150	153	144	mS/cm
					进入ED单元时的浓缩物(c)的电导率	65.5	153	147.2	mS/cm
流出ED单元时的浓缩物(c)的电导率	153	147.2	125	mS/cm
					通过ED单元的再循环时间	886	705	800	分钟
所用的功率	0.756	0.394	0.397	kWh
					脱盐流体的产率	86.3	88.3	85.7	％

Claims

1.一种膜堆叠件，包括以下组件：

(a)第一离子稀释室；

(b)第二离子稀释室；

(c)第一离子浓缩室；

(d)第二离子浓缩室；以及

(e)膜壁，位于每个隔室之间并位于堆叠件的第一隔室和最后一个隔室的外侧上；

其中：

(i)每个膜壁包括阳离子交换膜或阴离子交换膜，且所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜的顺序从每个壁到下一个壁交替；

(ii)隔室(a)每侧上的所述膜壁均比隔室(b)每侧上相应的膜壁具有更高的一价离子选择性；

(iii)所述堆叠件还包括用于从隔室(a)到隔室(b)传递流体的装置；并且

(iv)所述隔室布置在所述堆叠件中，从而所述离子稀释室和所述离子浓缩室交替。

2.根据权利要求1所述的堆叠件，其中，隔室(a)每侧上的所述膜壁的一价离子选择性均是隔室(b)每侧上的所述膜壁的一价离子选择性的至少1.5倍。

3.根据权利要求1所述的堆叠件，其中，用于从隔室(a)到隔室(b)传递流体的装置为管道、软管或特定的歧管结构。

4.根据权利要求1所述的堆叠件，其中：

(i)隔室(d)的阴离子膜壁也是隔室(a)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(a)的阳离子膜壁也是隔室(c)的阳离子膜壁；以及

(iii)隔室(c)的阴离子膜壁也是隔室(b)的阴离子膜壁。

5.根据权利要求1所述的堆叠件，其中：

(i)隔室(a)的阴离子膜壁也是隔室(d)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(d)的阳离子膜壁也是隔室(b)的阳离子膜壁；以及

(iii)隔室(b)的阴离子膜壁也是隔室(c)的阴离子膜壁。

6.根据权利要求1所述的堆叠件，其中：

(i)隔室(c)的阴离子膜壁也是隔室(b)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(b)的阳离子膜壁也是隔室(d)的阳离子膜壁；

(iii)隔室(d)的阴离子膜壁也是隔室(a)的阴离子膜壁；以及

7.根据权利要求1所述的堆叠件，其中：

(i)隔室(b)的阴离子膜壁也是隔室(c)的阴离子膜壁；

(ii)隔室(c)的阳离子膜壁也是隔室(a)的阳离子膜壁；

(iii)隔室(a)的阴离子膜壁也是隔室(d)的阴离子膜壁；以及

8.根据权利要求1所述的堆叠件，其中，隔室(c)和隔室(d)彼此不流体连通。

9.根据权利要求1所述的堆叠件，被构造成使流过至少一个隔室的流体的方向与流过下一个隔室的流体的方向不同。

10.根据权利要求1所述的堆叠件，被构造成使流过离子浓缩室的流体相对于流过所述第二离子稀释室(b)的流体的方向呈0至180度的角度流动。

11.根据权利要求1所述的堆叠件，被构造成使流过离子浓缩室的流体以与流过所述第二离子稀释室(b)的流体相反的方向流动。

12.根据权利要求1所述的堆叠件，其中，当流过至少一个隔室的流体的方向与流过下一个隔室的流体的方向不同时，流动的相对方向是以90°、135°或180°的角度。

13.根据权利要求1所述的堆叠件，其中，隔室的每侧上的膜壁通过钳位固定到间隔物或垫圈或通过焊接、固化或粘合剂固定到彼此。

14.一种电渗析单元，包括根据权利要求1所述的膜堆叠件、包括阳极的阳极室(f)和包括阴极的阴极室(g)，其中，所述膜堆叠件位于所述阳极室(f)和所述阴极室(g)之间。

15.根据权利要求14所述的电渗析单元，被构造成使流过隔室(a)至(d)中的两个隔室的流体的方向与流过隔室(a)至(d)中的另外两个的流体的方向不同。

16.一种用于处理流体的设备，包括根据权利要求14所述的至少两个电渗析单元。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述至少两个电渗析单元流体串联连接，从而流入第二电渗析单元和任何后续电渗析单元的隔室(b)的流体是从前面的电渗析单元的隔室(a)流出的流体。

18.根据权利要求16所述的设备，其中，所述至少两个电渗析单元流体串联连接，从而流入第一电渗析单元的隔室(c)的流体是流出第二电渗析单元的隔室(c)的流体，并且流入第一电渗析单元的隔室(d)的流体是流出第二电渗析单元的隔室(d)的流体。

19.根据权利要求16所述的设备，其中，每个电渗析单元被构造成使流过隔室(a)或(b)的流体与流过隔室(c)或(d)的流体方向相反。

20.根据权利要求16所述的设备，其中，每个电渗析单元被构造成使流过隔室(a)或(b)的流体与流过隔室(c)或(d)的流体呈40至140度。

21.根据权利要求16所述的设备，其中，每个电渗析单元被构造成使穿过离子稀释室的电渗析单元之间的流体的流动方向与流过离子浓缩室的流动方向相反。

22.根据权利要求16所述的设备，其包括用于脱盐流体的一个出口和用于其中离子浓度已增加的流体的至少两个出口。

23.根据权利要求16所述的设备，其中：

(i)所述至少两个电渗析单元流体串联连接，从而流入第二电渗析单元和任何后续电渗析单元的隔室(b)的流体是从前面的电渗析单元的隔室(a)流出的流体；

(ii)所述设备包括用于脱盐流体的一个出口和用于其中离子浓度已增加的流体的至少两个出口。

24.一种使进料流体脱盐的方法，包括在电压施加在电渗析单元或每个电渗析单元的阳极和阴极之间时，使所述进料流体流过根据权利要求14所述的电渗析单元或根据权利要求16所述的设备。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述进料流体包括一价阴离子和阳离子以及高价阴离子和阳离子。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述方法将所述进料流体分离成贫含所述阴离子和所述阳离子的流，并分离成至少两种浓缩流，其中至少一种所述浓缩流富含所述高价阴离子，且至少另一种所述浓缩流富含高价阳离子。

27.根据权利要求24所述的方法，实施所述方法，使得流入第二电渗析单元和任何后续电渗析单元的隔室(b)的流体是流出前面的电渗析单元的隔室(a)的流体，并使流出每个电渗析单元的隔室(c)和(d)的浓缩物分别进料到相同电渗析单元的隔室(c)和(d)中或分别进料到前面的单元的隔室(c)和(d)中。

28.根据权利要求24所述的方法，实施所述方法，使得流入第二电渗析单元和任何后续电渗析单元的隔室(b)的流体是流出前面的电渗析单元的隔室(a)的流体，并使流出每个电渗析单元的隔室(c)和(d)的浓缩物分别进料到前面的单元的隔室(c)和(d)中。

29.根据权利要求24所述的方法，其中，所述进料流体仅通过每个电渗析单元的隔室(a)和(b)一次，且通过所述单元的浓缩室(c)和(d)的流体循环穿过所述电渗析单元的相应离子浓缩室(c)和(d)，并随后进料到前面的电渗析单元的相应离子浓缩室(c)和(d)中。

30.一种设备，包括至少四个电渗析单元，每个电渗析单元包括阳极室(f)、阴极室(g)和膜堆叠件；其中，每个膜堆叠件包括：

(a)第一离子稀释室；

(b)第二离子稀释室；

(c)第一离子浓缩室；

(d)第二离子浓缩室；以及

其中：

(i)每个电渗析单元中的所述膜堆叠件位于所述电渗析单元的阳极室(f)和阴极室(g)之间；

(ii)每个膜壁包括阳离子交换膜或阴离子交换膜，且所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜在每个堆叠件中的顺序从每个壁到下一个壁交替；

(iii)在每个堆叠件中，隔室(a)每侧上的所述膜壁均比隔室(b)每侧上相应的膜壁具有更高的一价离子选择性；

(iv)每个电渗析单元还包括用于从所述电渗析单元的隔室(a)到后续或前面的电渗析单元的隔室(b)传送流体的装置以及从后续或前面的电渗析单元的隔室(a)到所述电渗析单元的隔室(b)传送流体的装置；并且

(v)所述隔室布置在所述堆叠件中，从而所述离子稀释室和所述离子浓缩室交替。