ES2835783T3

ES2835783T3 - Desalación

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Publication number: ES2835783T3
Application number: ES17705695T
Authority: ES
Inventors: Vinodnarain Bhikhi; Jacko Hessing
Original assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Current assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2037-02-09
Also published as: EP3414204B1; CN108602700B; GB201602484D0; CN108602700A; US11014049B2; WO2017137748A1; US20190046927A1; EP3414204A1

Abstract

Una pila de membrana que comprende los siguientes componentes: (a) un primer compartimento de dilución iónica; (b) un segundo compartimento de dilución iónica; (c) un primer compartimento de concentración iónica; (d) un segundo compartimento de concentración iónica; y (e) una pared de membrana entre cada compartimento y en el exterior del primer y último compartimento de la pila; en la que: (i) cada pared de membrana comprende una membrana de intercambio catiónico o una membrana de intercambio aniónico y el orden de las membranas de intercambio catiónico y aniónico alterna de cada pared a la siguiente; (ii) las paredes de membrana en cada lado del compartimento (a) tienen ambas una selectividad por iones monovalentes mayor que las paredes de membrana correspondientes en cada lado del compartimento (b); (iii) la pila comprende además un medio para la comunicación fluida del compartimento (a) al compartimento (b); (iv) el primer compartimento de concentración iónica y el segundo compartimento de concentración iónica no están en comunicación fluida entre sí; y (v) los compartimentos están dispuestos en la pila de modo que los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica se alternan.

Description

DESCRIPCIÓN

Desalación

Esta invención se refiere a pilas de membrana, a unidades de electrodiálisis, a aparatos que comprenden al menos dos de las unidades ED y a un proceso de desalación.

Una población mundial creciente, un suministro de agua decreciente y las sequias están dando lugar a una demanda aumentada de agua dulce. Se ha usado un proceso conocido como electrodiálisis ("ED") para convertir agua salada y proporcionar agua potable. Este proceso es particularmente útil en zonas costeras que tienen un suministro abundante de agua salada. Las primeras unidades ED disponibles en el mercado se desarrollaron en la década de 1950. Desde entonces, las mejoras en las membranas de intercambio iónico han dado lugar a avances importantes en ED.

Las unidades ED típicamente comprenden una o más pilas de membrana. Cada pila comprende un ánodo, un cátodo y varios pares de celdas a través de las que pasan líquidos. Un par de celdas comprende un compartimento de dilución iónica y un compartimento de concentración iónica. Cada celda comprende una pared hecha de una membrana de intercambio catiónico cargada negativamente y una pared hecha de una membrana de intercambio aniónico cargada positivamente. Cuando pasa un líquido de alimentación a través de las celdas y se aplica un voltaje de CC a través de los electrodos, los cationes disueltos pasan a través de la membrana de intercambio catiónico y hacia el cátodo, mientras que los aniones disueltos pasan a través de la membrana de intercambio aniónico y hacia el ánodo. Típicamente, el cátodo y el ánodo se lavan con un líquido de aclarado durante el proceso de desionización. De esta manera, los cationes y aniones (por ejemplo, Ca²⁺, Na⁺, SO^42-y Cl-) originalmente presentes en el líquido de alimentación filtran a través de las paredes de membrana, para dejar detrás una corriente de agua desalada (que tiene un contenido iónico inferior que el líquido de alimentación original) y se crean corrientes de agua que contienen niveles elevados de iones. Las unidades ED, por lo tanto, son útiles para convertir un líquido de alimentación de agua de mar o aguas salobres en agua potable que tiene un contenido mucho menor de sales disueltas. Una unidad ED típica se ilustra esquemáticamente en la fig. 1.

El documento WO2015004417 ('417) abordó el problema técnico de cómo conseguir desalación eficaz tanto en la fase temprana como en la fase tardía de la electrodiálisis, cuando las fuerzas iónicas de los líquidos de alimentación son muy diferentes. '417 propuso conectar dos unidades ED (ED1 y ED2) en serie, comprendiendo cada una pares alternos de paredes de membrana de intercambio catiónico y aniónico, en las que las membranas de intercambio iónico en la primera pila ED1 tienen una resistencia eléctrica inferior que las membranas de intercambio iónico en la segunda pila ED2. El proceso de '417 consiguió tanto una baja resistencia eléctrica en la fase temprana de desalación como una baja permeabilidad al agua en la fase posterior de desalación.

Uno de los problemas con ED es que a lo largo del tiempo las membranas pueden llegar a obstruirse por la acumulación de escamas de sales insolubles tales como CaSO⁴y CaCO³.

Se ha desarrollado un proceso de ED mejorado dirigido a reducir la acumulación de escamas, que a veces se denomina metátesis de electrodiálisis o EDM por acortar, como se describe en el documento WO2004013048. En contraste con las unidades ED convencionales que comprenden unidades repetidas de compartimentos de dilución iónica y concentración iónica definidos por membranas de intercambio catiónico "convencionales" y membranas de intercambio aniónico "convencionales", las unidades ED usadas en EDM comprenden una unidad repetida de cuatro compartimentos y cuatro paredes de membrana como se ilustra en la fig. 2. Las unidades ED usadas en una unidad EDM actúan como un "riñón", eliminando las sales por "metátesis", o "intercambio de participantes" entre los iones para convertir las sales de baja solubilidad (por ejemplo, CaSO⁴) en sales de mayor solubilidad (por ejemplo, CaCl²) que, entonces, no forman escamas y pueden eliminarse fácilmente de la unidad como cualquier otra sal soluble. Como puede observarse en la fig. 2, las pilas usadas en EDM comprenden los siguientes componentes:

(a) un compartimento de dilución iónico (D1);

(b) un compartimento para el suministro de solución de NaCl;

(c) un primer compartimento de concentración iónica (C1);

(d) un segundo compartimento de concentración iónica (C2); y

(e) una pared de membrana entre cada compartimento (AEM, CEM y mAEM) y en el exterior del primero y el último compartimento de la pila (mCEM1 y mCEM2);

en las que:

(i) cada pared de membrana comprende una membrana de intercambio catiónico o una membrana de intercambio aniónico y el orden de las membranas de intercambio catiónico y aniónico se alterna de cada pared a la siguiente;

(ii) las paredes de membrana en cada lado del compartimento de dilución iónica (a) comprenden ambas una membrana "convencional" que no discrimina entre aniones/cationes superiores y monovalentes.

Por tanto, las unidades ED actualmente disponibles usadas en EDM, como se ilustra en la fig. 2, difieren de las unidades ED convencionales ilustradas en la fig. 1 en que las unidades ED usadas en EDM comprenden cuatro compartimentos de solución diferentes y una sola unidad o una unidad repetitiva de cuatro paredes de membrana (siendo dos membranas "convencionales" (es decir, permeables tanto a iones monovalente como superiores) y siendo dos selectivas de iones monovalentes). Por el contrario, las unidades ED convencionales ilustradas en la fig. 1 comprenden una unidad repetida de únicamente dos compartimentos de solución y dos paredes de membrana (siendo ambas membranas "convencionales" permeables tanto a iones monovalentes como superiores). En las unidades ED actualmente disponibles usadas en EDM los cuatro compartimentos de solución y cuatro paredes de membrana pueden repetirse como se indica en la fig. 2.

Un problema con las unidades ED conocidas usadas en EDM ilustradas en la fig. 2 es que es difícil producir agua potable a partir de agua de mar con un alto rendimiento debido a las grandes diferencias en concentración entre los compartimentos de dilución iónica y concentración iónica. Esto da lugar a mayor pérdida de agua debido al transporte osmótico de moléculas de agua a través de las paredes de membrana desde el compartimento de dilución iónica hasta los compartimentos de concentración iónica. Una desventaja adicional de las unidades EDM conocidas ilustradas en la fig. 2 es la necesidad del suministro de una solución de cloruro de sodio (en el compartimento a mano derecha) que da lugar a mayores costes, no solamente relacionados con los materiales requeridos (es decir, el coluro de sodio), sino también a la energía adicional debido al transporte de los iones sodio y cloruro a través de las paredes de membrana. La necesidad de un compartimento exclusivo para el suministro de solución de NaCl también reduce la capacidad de desalación de la unidad EDM. Un objeto de la presente invención es reducir los problemas presentes en las unidades EDM actualmente disponibles ilustradas en la fig. 2 y proporcionar desalación más rentable y eficaz.

Son técnica anterior pertinente adicional que describe unidades ED los documentos US 2006/060532 A1 y JP S52 124482 A.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una pila de membrana que comprende los siguientes compartimentos:

(a) un primer compartimento de dilución iónica;

(b) un segundo compartimento de dilución iónica;

(c) un primer compartimento de concentración iónica;

(d) un segundo compartimento de concentración iónica; y

(e) una pared de membrana entre cada compartimento y en el exterior del primero y el último compartimento de la pila;

en la que:

(i) cada pared de membrana comprende una membrana de intercambio catiónico y una membrana de intercambio aniónico y el orden de las membranas de intercambio catiónico y aniónico se alterna de cada pared a la siguiente;

(ii) las paredes de membrana en cada lado del compartimento (a) tienen ambas una selectividad por iones monovalente superiores que las paredes de membrana correspondientes en cada lado del compartimento (b);

(iii) la pila comprende además un medio para comunicar el líquido del compartimento (a) al compartimento (b);

(iv) el primer compartimento de concentración iónica y el segundo compartimento de concentración iónica no están en comunicación fluida entre sí; y

(v) los compartimentos están dispuestos en la pila de modo que los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica se alternan.

En esta memoria descriptiva, las unidades EDM de la presente invención, que son un tipo de unidad ED, a menudo se denominan simplemente unidades ED. Por tanto, en relación con la presente invención, los términos "EDM" y "ED" son en gran medida intercambiables.

También en esta memoria descriptiva, por razones de brevedad, las paredes de membrana de intercambio catiónico que tienen una alta selectividad por cationes monovalentes en comparación con cationes superiores (por ejemplo, la pared de membrana de intercambio catiónico en un lado del compartimento (a)) a menudo se denominan mCEM, mientras que las paredes de membrana que tienen baja selectividad por cationes monovalentes en comparación con cationes superiores se denominan simplemente "paredes de membrana de intercambio catiónico convencionales" o CEM. De manera análoga, las paredes de membrana de intercambio aniónico que tienen una alta selectividad por aniones monovalentes en comparación con aniones superiores (por ejemplo, la pared de membrana de intercambio aniónico en un lado del compartimento (a)) a menudo se denominan mAEM, mientras que las paredes de membrana que tienen baja selectividad por aniones monovalentes en comparación con aniones superiores se denominan simplemente "paredes de membrana de intercambio aniónico convencionales" o AEM.

La pila de la invención es adecuada para desalar agua de mar, agua salobre y salmuera y la producción de agua desalada en alto rendimiento. El agua desalada puede usarse para cualquier fin, incluyendo como agua potable, para riego o descargarse en agua superficial. Opcionalmente, pueden combinarse procesos de tratamiento de agua adicionales (por ejemplo, uno o más de ósmosis inversa (RO), electrodesionización (EDI), desionización capacitiva (CDI), destilación en membrana (MD), nanofiltración (NF), ultrafiltración (UF), intercambio iónico (IE) y tratamiento con carbono activo) con el uso de las pilas, unidades ED y proceso de la presente invención. La pila de la presente invención puede usarse para producir dos corrientes de sal altamente concentradas sin problemas relacionados con formación de escamas. Si se desea, ambas corrientes concentradas pueden tratarse adicionalmente para producir sales valiosas tales como cloruro de sodio, hidróxido de magnesio, carbonato de magnesio y sulfato de calcio en alta pureza.

Breve descripción de los dibujos

La fig. 1 representa esquemáticamente una unidad ED convencional.

La fig. 2 representa esquemáticamente una unidad EDM convencional (es decir, una unidad ED usada para EDM).

La fig. 3 representa esquemáticamente la unidad EDM de acuerdo con la presente invención que es adecuada para su uso en EDM.

La fig. 4 es un organigrama que representa un aparato de acuerdo con la presente invención, que comprende tres unidades EDM.

La fig. 5 ilustra una disposición de flujo de líquidos preferida en un aparato de acuerdo con la invención que comprende dos unidades EDM.

Las fig. 6a a 6c ilustran varios diseños de entrada y salida de compartimento, en los que la dirección del flujo en los compartimentos adyacentes se indica por una flecha.

En la fig. 1 que representa una unidad ED convencional, el líquido de alimentación entra en el compartimento de dilución iónica (D1), tras lo cual los aniones pasan a través de la membrana de intercambio aniónico (AEM1) y a un primer compartimento de concentración iónica (C1) y los cationes pasan a través de la membrana de intercambio catiónico (CEM2) y al segundo compartimento de concentración iónica (C2). El ánodo (+) proporciona la fuerza de atracción que atrae a los iones a través de la AEM y el cátodo (-) proporciona fuerza de atracción que atrae a los cationes a través de la CEM. La unidad repetitiva principal de [AEM - compartimento de dilución iónica - CEM -compartimento de concentración iónica] también se muestra en la fig. 1.

La unidad repetitiva de unidades EDM actualmente disponible mostrada en la fig. 2 comprende cuatro compartimentos, es decir, solamente un compartimento de dilución iónica (D1), dos compartimentos de concentración iónica (C1 y C2) y un compartimento para el suministro de solución de NaCl. De nuevo, el ánodo (+) proporciona la fuerza de atracción que atrae a los iones a través de las AEM y el cátodo (-) proporciona la fuerza de atracción que atrae a los cationes a través de las CEM. Las paredes de membrana mAEM, mCEM1 y mCEM2 tienen una mayor selectividad por iones monovalentes que las paredes de membrana AEM y CEM. Por ejemplo, mAEM es una pared de membrana de intercambio aniónico selectiva monovalente, mCEM1 y mCEM2 son paredes de membrana de intercambio catiónico selectivas monovalentes, AEM es una pared de membrana a través de la que pueden pasar tanto iones monovalentes como iones polivalentes y CEM es una pared de membrana a través de la que pueden pasar tanto cationes monovalentes como cationes polivalentes.

La unidad ED/EDM de la presente invención se ilustra en la fig. 3. Esta unidad comprende un primer compartimento de dilución iónica (a); un segundo compartimento de dilución iónica (b); un primer compartimento de concentración iónica (c); y un segundo compartimento de concentración iónica (d). Cada pared de membrana (CEM1, mAEM, mCEM, AEM y CEM2) comprende una membrana de intercambio catiónico o una membrana de intercambio aniónico y el orden de las paredes de membrana de intercambio catiónico y aniónico se alterna de cada pared a la siguiente. Las paredes de membrana (mAEM y mCEM) en cada lado del primer compartimento de dilución iónica (a) tienen ambas una selectividad por iones monovalentes mayor que las paredes de membrana correspondientes (AEM y CEM) en cada lado del segundo compartimento de dilución iónica (b). Además, la pila comprende un conducto (1) o medio similar para la comunicación fluida del compartimento (a) al compartimento (b). El medio para la comunicación fluida del compartimento (a) al compartimento (b) proporciona una trayectoria para que una corriente de líquido fluya desde el compartimento (a) hasta el compartimento (b). Esta trayectoria puede ser, por ejemplo, una conexión directa del compartimento (a) al compartimento (b) de una pila (es decir, la misma pila) o de un compartimento (a) a un compartimento (b) de dos pilas diferentes. Por tanto, el medio para la comunicación fluida puede denominarse de manera alternativa como un medio para proporcionar conectividad fluida. Las etiquetas D1, D2, C1 y C2 se incluyen en la fig. 3 como un recordatorio de los que son compartimentos de concentración iónica y los que son compartimentos de dilución iónica.

Por tanto, las paredes de membrana en cada lado del primer compartimento de dilución iónica (a) tienen una mayor selectividad por iones monovalentes (por ejemplo, ambas son selectivas monovalentes) que las paredes de membrana en cada lado del segundo compartimento de dilución iónica (b) (por ejemplo, ambas comprenden membranas "convencionales" que permiten que tanto iones monovalentes como superiores pasen a través). De nuevo, el ánodo (+) proporciona la fuerza de atracción que atrae los iones hacia el ánodo y a las corrientes de concentrado el cátodo (-) proporciona la fuerza de atracción que atrae a los cationes hacia el cátodo y a las corrientes de concentrado. En contraste con la unidad EDM conocida mostrada en la fig. 2, la unidad de la fig. 3 comprende dos (en lugar de uno) compartimentos de dilución iónica (a) y (b). Además, los dos compartimentos de dilución iónica (a) y (b) están en comunicación fluida entre sí, por ejemplo, mediante un conducto de conexión o tubo (1). Además, la dirección del flujo del líquido a través del compartimento de dilución iónica (b) puede ser diferente de la de (a), por ejemplo, opuesta a la de (a). Además, la unidad de la invención comprende un compartimento de dilución iónica que tiene una pared en cada lado, que comprende membranas que tienen una selectividad mayor por iones monovalentes que iones superiores (mAEM y mCEM) mientras que el compartimento de dilución iónica mostrado en la fig. 2 tiene una pared en cada lado que comprende una membrana de intercambio catiónico o aniónico "convencional".

La fig. 4 es un organigrama que muestra un aparato de acuerdo con la presente invención, que comprende tres unidades ED (EDM1, EDM2 y EDM3 en ese orden) conectadas de manera fluida en serie. El líquido de alimentación, que es el líquido que requiere desalación, se suministra desde un tanque de alimentación (suministro de alimentación) en un primer compartimento de dilución iónica de la primera unidad ED (EDM1) en el punto (i) después de lo cual pasa a través del conducto (1a) y al segundo compartimento de dilución iónica. Simultáneamente, las soluciones de concentrado se hacen circular a través de los tanques de circulación CT1-1 y CT1-2 y a través del primer y segundo compartimento de concentración iónica de la primera unidad ED (EDM1), respectivamente, en un modo de funcionamiento de alimentación y purga. En este modo de funcionamiento, las soluciones de concentrado se suministran desde las salidas de los compartimentos de concentración iónica de la segunda unidad ED (EDM2) a los respectivos compartimentos de concentración iónica de EDM1 en los puntos (vii) y (viii), circulan a través de esos compartimentos de concentración iónica de EDM1 y a través de los tanques de circulación CT1-1 y CT1-2 y se purgan en los tanques de reserva de producto Tanque de reserva 2 y Tanque de reserva 3 en los puntos (ix) y (x), respectivamente. El líquido parcialmente desalado sale del segundo compartimento de dilución iónica de la primera unidad ED (EDM1) en el punto (ii).

El líquido parcialmente desalado se suministra al primer compartimento de dilución iónica de la segunda unidad ED (EDM2) en el punto (iii), pasa a través del primer compartimento de dilución iónica y después entra en el segundo compartimento de dilución iónica mediante el conducto (1b). Simultáneamente, las soluciones de concentrado se hacen circular a través de los tanques de reserva de circulación CT2-1 y CT2-2 y el primer y segundo compartimento de concentración iónica de la segunda unidad ED (EDM2), respectivamente, también en un modo de funcionamiento de alimentación y purga. En este modo de funcionamiento, las soluciones de concentrado se suministran desde los tanques de reserva de circulación CT3-1 y CT-3-2 de la tercera unidad ED (EDM3) a los respectivos compartimentos de concentración iónica de EDM2 en los puntos (y) y (z), circulan a través de esos compartimentos de concentración iónica de EDM2 y a través de los tanques de circulación CT2-1 y CT2-2 y se purgan a los respectivos compartimentos de concentración iónica de EDM1 en los puntos (vii) y (viii). El líquido desalado sale del segundo compartimento de dilución iónica de la segunda unidad ED (EDM2) en el punto (iv).

El líquido en gran medida desalado entonces se suministra al primer compartimento de dilución iónica de la tercera unidad ED (EDM3) en el punto (v), pasa a través del primer compartimento de dilución iónica y después entra en el segundo compartimento de dilución iónica de la tercera unidad ED (EDM3) mediante el conducto (1c). Simultáneamente, las soluciones de concentrado se hacen circular a través de los tanques de reserva de circulación CT3-1 y CT3-2 y a través del primer y segundo compartimento de concentración iónica de la tercera unidad ED (EDM3), respectivamente, también en un modo de funcionamiento de alimentación y purga. En este modo de funcionamiento, los compartimentos de concentración iónica de la tercera unidad ED (EDM3) se alimentan de los tanques de circulación CT3-1 y CT3-2 y también obtienen algunos iones y agua de los compartimentos de dilución iónica de la tercera unidad ED (EDM3) por ósmosis y electroósmosis a través de las paredes en cada lado de esos compartimentos de dilución iónica. Los tanques de circulación CT3-1 y CT3-2 se purgan a los respectivos compartimentos de concentración iónica de EDM2 en los puntos (y) y (z). El líquido desalado sale del segundo compartimento de dilución iónica de la tercera unidad ED (EDM3) y se suministra a un tanque de reserva de producto Tanque de reserva 1 en el punto (vi).

La fig. 5 ilustra una disposición de flujo de líquido preferida en un aparato de acuerdo con la invención, que comprende dos pilas, pila EDM 1 (EDM1) y pila EDM 2 (EDM2). En cada pila, (a), (b), (c) y (d) se refieren a los compartimentos (a), (b), (c) y (d) respectivamente. En la pila EDM 1, el líquido a desalar fluye a través del compartimento de dilución iónica (a) y después se suministra al otro compartimento de dilución iónica (b) de esa pila, después de ello sale de la pila EDM 1 y entra en el compartimento de dilución iónica (a) de la pila EDM 2. El líquido que pasa a través de la pila EDM 1, compartimento (c), se obtiene de la salida de la pila EDM 2, compartimento (c). El líquido que pasa a través de la pila EDM 1, compartimento (d), se obtiene de la salida de la pila EDM 2, compartimento (d). Con referencia a la pila EDM 2, el líquido a desalar se obtiene de la pila EDM 1 y fluye a través del compartimento de dilución iónica (a) de la pila EDM 2 y después se suministra al otro compartimento de dilución iónica (b) de esa pila. El líquido que sale de la pila EDM 2, compartimentos (c) y (d), se suministra a la pila EDM 1, compartimentos (c) y (d), respectivamente. El líquido desalado que sale de la pila EDM 2 puede recogerse o tratarse adicionalmente, por ejemplo, pasando a través de una o más pilas EDM adicionales.

Las fig. 6a a 6c ilustran esquemáticamente una vista seccionada horizontal a través de los compartimentos adyacentes en un plano paralelo a las membranas que forman las paredes superior e inferior en cada lado del compartimento (paredes de membrana no mostradas). Los compartimentos tienen respectivamente una forma rectangular (fig. 6a), octogonal (fig.6b) y rectangular (fig. 6c). Cada compartimento comprende aberturas de entrada (2), aberturas de salida (3), un separador de red (4) y una junta sellante periférica (5) que proporciona paredes laterales estancas a los líquidos para cada compartimento. Las flechas indican la dirección principal de flujo del líquido a través de cada compartimento desde las aberturas de entrada (2) hasta las aberturas de salida (3). Las membranas de intercambio iónico (no mostradas) forman la pared entre cada compartimento y la siguiente y el separador de red (4) mantiene las paredes de membrana de cada compartimento separadas y la trayectoria para el líquido a través del compartimento abierto. En la fig. 6a se muestran los diseños de entrada y salida de cuatro compartimentos adyacentes, por ejemplo, para los compartimentos (c), (b), (d) y (a), respectivamente. En la fig. 6b y 6c se muestran los diseños de dos compartimentos representativos, pero también en el caso de la fig. 6b y 6c cada unidad repetitiva de la pila de membrana comprende cuatro compartimentos diferentes.

Las unidades, aparato y proceso de la invención son adecuados para la desalación de soluciones iónicas, por ejemplo, agua de mar, agua salobre y salmuera y pueden producir agua desalada en alto rendimiento sin los problemas relacionados con formación de escamas. Además, las corrientes que tienen alta concentración iónica que son un subproducto del proceso pueden usarse para producir sales valiosas en alta pureza, por ejemplo, cloruro de sodio, hidróxido de magnesio, carbonato de magnesio y sulfato de calcio. Por tanto, las unidades, aparato y proceso de la invención son adecuados para cualquier aplicación donde se requiera electrodiálisis y tienen la ventaja de evitar o reducir los problemas relacionados con la formación de escamas. Además, las unidades, aparato y proceso de la invención pueden usarse para proporcionar agua que tenga una concentración particularmente baja de iones disueltos en alto rendimiento y también proporciona corrientes de producto altamente concentradas.

Sin alejarse de los contenidos de la presente invención, en el párrafo anterior los términos "primero" y "segundo" pueden intercambiarse y no especifican un orden particular excepto donde se especifique de manera explícita.

Las paredes de membrana en cada lado de cada compartimento típicamente forman un sellamiento estanco a fluidos (excepto para el agua que filtra a través de las membranas como resultado de transporte osmótico o electroosmótico y excepto para las entradas y salidas de líquido destinadas a permitir el paso del líquido a través del compartimento de una manera controlada) con una membrana en el otro lado de ese compartimento, opcionalmente mediante una junta como se analiza en este documento. Las paredes de membrana en cada lado de un compartimento pueden fijarse al compartimento (es decir, el separador o junta) por pinzamiento o entre sí, por ejemplo, por soldadura, curado o un adhesivo.

Preferiblemente, la mAEM y mCEM tienen cada una independientemente una selectividad mayor por iones monovalentes que por iones superiores. Por tanto, preferiblemente la selectividad de la mAEM por iones cloruro en comparación con iones sulfato es más de 1,1, más preferiblemente más de 1,5 y especialmente más de 2. Preferiblemente, la selectividad de la mCEM por iones sodio en comparación con iones calcio es más 1,1, más preferiblemente más de 1,5 y especialmente más de 2. La selectividad puede considerarse la tasa de transporte relativa a través de la membrana. Por tanto, se prefiere que los cationes monovalentes (por ejemplo, Na⁺) pasen a través de la mCEM más rápidamente que cationes superiores (por ejemplo, Ca²⁺), por ejemplo, más de 1,1 veces tan rápidamente, más preferiblemente más de 1,5 veces tan rápidamente y especialmente más de dos veces tan rápidamente. Además, se prefiere que los cationes monovalentes (por ejemplo, Cl-) pasen a través de la mAEM más rápidamente que los cationes superiores (por ejemplo, SO^42-), por ejemplo, más de 1,1 veces tan rápidamente, más preferiblemente más de 1,5 veces tan rápidamente y especialmente más de dos veces tan rápidamente. Preferiblemente, la AEM "convencional" y la CEM "convencional" tiene cada una independientemente una selectividad inferior por iones monovalentes en comparación con iones superiores que la mAEM y mCEM respectivamente. Preferiblemente, la AEM "convencional" tiene una selectividad por cationes monovalentes (por ejemplo, Cl-) en comparación con cationes superiores (por ejemplo, SO^42-) de menos de 1,1, más preferiblemente menos de 1. La CEM "convencional" preferiblemente tiene una selectividad por cationes monovalentes (por ejemplo, Na⁺⁾en comparación con cationes superiores (por ejemplo, Ca²⁺) de menos de 1,1, más preferiblemente menos de 1.

Preferiblemente, la selectividad de la mCEM por cationes monovalentes en comparación con cationes superiores es al menos un 30 % (es decir, 1,3 veces) mayor, más preferiblemente al menos un 50 % (es decir, 1,5 veces) mayor y especialmente al menos un 100 % (es decir, 2 veces) mayor que la selectividad de la CEM por cationes monovalentes en comparación con cationes superiores.

Preferiblemente, la selectividad de la mAEM por aniones monovalentes en comparación con aniones superiores es al menos un 30 % (es decir, 1,3 veces) mayor, más preferiblemente al menos un 50 % (es decir, 1,5 veces) mayor y especialmente al menos un 100 % (es decir, 2 veces) mayor que la selectividad de la AEM por aniones monovalentes en comparación con aniones superiores.

En uso, la selectividad de las paredes de membrana depende en alguna medida de diversos aspectos tales como la composición de alimentación, el caudal, la densidad de la corriente y las propiedades del separador. La selectividad puede determinarse midiendo la resistencia eléctrica (ER) de una solución 0,05 N de sales individuales a una temperatura de 25 °C, por ejemplo, la ER de soluciones 0,05 N de sulfato de sodio y cloruro de sodio respectivamente se miden y la relación de los valores de ER (ER de sulfato de sodio/ER de cloruro de sodio) es una indicación de la selectividad monovalente de la membrana de intercambio aniónico. De manera análoga, la relación de la ER de soluciones 0,05 N de cloruro de calcio y cloruro de sodio (ER de cloruro de calcio/ER de cloruro de sodio) proporciona una medida de la selectividad monovalente de la membrana de intercambio catiónico.

La selectividad por iones monovalentes de las membranas puede determinarse haciendo recircular un líquido de alimentación de una unidad de ensayo ED durante 200 minutos, midiendo la concentración de iones monovalentes e iones superiores en el concentrado y el diluido, y después realizando el cálculo de la fórmula (1) a continuación:

Selectividad por iones monovalentes = (mc/md) / (hc/hd))

Fórmula (1)

en la que:

mc es la concentración de iones monovalentes en el concentrado;

md es la concentración de iones monovalentes en el diluido;

hc es la concentración de iones superiores en el concentrado; y

hd es la concentración de iones superiores en el diluido.

En los cálculos anteriores, el anión monovalente es preferiblemente Cl-, el anión superior es preferiblemente SO42+, catión monovalente es preferiblemente Na+ y el anión superior es preferiblemente Ca2+. Por ejemplo, conveniencia, las concentraciones se expresan típicamente como mg de ion por litro de diluido o concentrado según pueda ser el caso.

Los métodos adecuados para medir la concentración de iones en el concentrado y el diluido incluyen cromatografía iónica para aniones y espectrometría de emisión óptica de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES) para cationes. En método para determinar la selectividad se describe en mayor detalle en los ejemplos a continuación.

Como ejemplos de mAEM, pueden mencionarse Neosepta ACS de Tokuyama, Selemion ASV de Asahi Glass, PC MVA de PCA GmbH, Aciplex A-192 de Asahi Chemical Industry.

Como ejemplos de mCEM pueden mencionarse Neosepta CIMS de Tokuyama, Selemion CSO de Asahi Glass, PC MVK de PCA GmbH, PC v K de PCA GmbH, Aciplex K-192 de Asahi Chemical Industry.

Como ejemplos de AEM "convencionales" pueden mencionarse Neosepta AMX de Tokuyama, Selemion AMV de Asahi Glass, PC SA de PCA GmbH.

Como ejemplos de CEM convencionales pueden mencionarse Neosepta CMX de Tokuyama, Selemion CMV de Asahi Glass, PC SK de PCA GmbH.

Preferiblemente, las membranas tienen una baja permeabilidad al agua, por ejemplo, una permeabilidad al agua de menos de 25 m3/m2.s.kPa, especialmente menos de 15 m3/m2.s.kPa.

Preferiblemente, las membranas tienen una baja resistencia eléctrica, por ejemplo, una resistencia eléctrica de menos de 6 ohm.cm2, especialmente menos de 3 ohm.cm2.

La resistencia eléctrica y la permeabilidad al agua pueden medirse como se describe en el documento WO2015004417, página 10, línea 22 hasta página 13, línea 17.

En una realización, todos los compartimentos están vacíos de líquido. En otra realización, todos los compartimentos comprenden un líquido.

Las membranas pueden tener cualquier perfil de superficie, por ejemplo, pueden tener una superficie lisa en ambos lados, una superficie lisa en un lado y una superficie con textura en el otro lado o pueden tener una superficie con textura en ambos lados.

La una o más superficies con textura, cuando están presentes, comprenden opcionalmente nervaduras y/o salientes, por ejemplo, que tienen una altura entre 5 y 800 |um, según se desee. Los salientes que tienen una altura cerca del extremo interior del intervalo mencionado anteriormente pueden usarse para potenciar la turbulencia del líquido que fluye a través del compartimento que comprende esa superficie. Salientes más altos pueden contribuir a mantener la membrana alejada de una membrana adyacente, evitando de ese modo la necesidad de un separador permeable a líquidos.

Ejemplos de salientes adecuados incluyen conos circulares, pirámides multiangulares (por ejemplo, piramidales triangulares, piramidales cuadradas y piramidales hexagonales), semiesféricas, mesetas (por ejemplo, mesetas cuadradas, triangulares y circulares), cúpulas, conos truncados circulares, pirámides truncadas, diamantes, crestas cortas y combinaciones de dos o más de los anteriores. Se prefieren salientes que tienen una relación de longitud promedio (L) a anchura promedio (W) de 10:1 a 1:10, más preferiblemente de 7:1 a 1:7, especialmente de 5:1 a 1:5, más especialmente de 2,5:1 a 1:2,5, cuando se mide en la base del saliente. Estas preferencias surgen porque a menudo puede obtenerse una mejor convección y menos problemas de bloqueo con las relaciones de L a W mencionadas anteriormente que cuando se usan nervaduras continuas donde una partícula puede bloquear completamente el paso de líquido entre dos nervaduras. Preferiblemente, la textura comprende salientes en los que al menos un 80 % (preferiblemente un 100 %) tiene una dimensión máxima en todas las direcciones (longitud, anchura y altura) de menos de 20 mm. Preferiblemente, la textura comprende salientes que tienen una dimensión máxima en todas direcciones (longitud, anchura y altura) de 0,04 a 10 mm, más preferiblemente de 0,05 a 6 mm. Preferiblemente, la textura comprende salientes que están separados entre sí por un promedio de al menos 0,1 mm, más preferiblemente al menos 0,5 mm, por ejemplo, en 1,2, 4, 8 o 12 mm.

Opcionalmente, los componentes comprenden separadores permeables a líquidos, especialmente cuando las paredes de membrana en uno o cada lado de un compartimento no tienen textura. Dichos separadores ayudan a mantener las membranas presentes en las paredes laterales separadas y a mantener el compartimento abierto de modo que el líquido pueda fluir libremente a través del mismo.

Los separadores permeables a líquidos preferidos se fabrican de un material inerte, eléctricamente aislante, por ejemplo, polietileno, polipropileno, poliamida, tereftalato de polietileno, poliimida, politetrafluoroetileno, poli(fluoruro de vinilideno), fibra de vidrio o poli(cloruro de vinilo). Opcionalmente, el separador permeable a líquidos se recubre con una capa conductora de iones para potenciar el transporte de iones y para reducir los efectos sombra del separador.

Ejemplos de materiales disponibles en el mercado que pueden usarse como el separador permeable a líquidos incluyen red extruida de Delstar (por ejemplo, N01014-60PP-NAT, N1014-90PP-n At y N01017-90PP-NAT), de Industrial Netting (por ejemplo, XN-4820), y material tejido de Sefar (por ejemplo, NITEX 06-475/56, NITEX 03-300/51, NITEX 06390/47, NITEX 07-240/59 y NYTAL PA 06-212).

Los separadores permeables a líquidos preferidos comprenden una red o malla tejida y/o no tejida, preferiblemente que tiene un grosor de 50 a 1000 gm, más preferiblemente de 100 a 1000 gm, especialmente de 150 a 800 gm. La orientación de las hebras de la red es preferiblemente de aproximadamente 45° con respecto a la dirección de flujo principal de líquido a través del compartimento que comprende el separador. El tamaño de las aberturas en los separadores permeables a líquidos es preferiblemente entre 70 y 500 gm de diámetro, más preferiblemente entre 100 y 400 gm de diámetro.

Preferiblemente, las pilas comprenden además una o más juntas entre cada membrana. La función de las juntas es mantener los bordes de las paredes de membrana separadas en una distancia deseada y proporcionar un sellamiento estanco a fluidos en los bordes de las paredes de membrana. Por tanto, las juntas pueden usarse para definir una pared externa de los compartimentos.

Las juntas pueden ser continuas o estar interrumpidas por una o más aberturas, por ejemplo, para permitir que entre y salga líquido del compartimento de una manera controlada.

Las juntas preferidas tienen una dureza Shore A entre 10 y 80. Preferiblemente, la junta se fabrica de una silicona, poliuretano, un caucho (por ejemplo, monómero de etilenpropilendieno (EPDM)), polietersulfona (PES) o acetato de etilenvinilo.

Como alternativa, las paredes de membrana pueden fijarse juntas hacia sus bordes usando un adhesivo en lugar de o además de usar una junta.

Las pilas comprenden además entradas de líquido y salidas de líquido. Dependiendo de la configuración deseada, todas las entradas de líquido pueden estar en el mismo lado de la pila cada una y esto posibilita el flujo de corrientes conjuntas. En otra realización, las entradas de líquido alternan de un lado al lado opuesto de cada compartimento al siguiente compartimento (adyacente). De esta manera, puede conseguirse un flujo a contracorriente, es decir, la dirección del flujo de líquido en un compartimento está a un ángulo de 180° con respecto a la dirección del flujo de líquido en un compartimento adyacente. Como alternativa, las entradas alternan de un lado al siguiente con cada compartimento de modo que pueden conseguirse una disposición de flujo cruzado, por ejemplo, la dirección del flujo de líquido en un compartimento está a un ángulo de 90° con respecto a la dirección del flujo de líquido en un compartimento adyacente.

Eligiendo pilas de diferentes formas (por ejemplo, cuadradas, rectangulares, octagonales, etc.) se pueden colocar las entradas para cada compartimento diferentes del siguiente compartimento y elegir, de ese modo, diferentes direcciones de flujo para el paso de líquido a través de compartimentos adyacentes. Por tanto, se pueden configurar las entradas de modo que la dirección del flujo de líquido a través de uno o más compartimentos no sea igual a la dirección del flujo de líquido a través del siguiente o siguientes compartimentos (adyacentes) como se describe en mayor detalle anteriormente. Por ejemplo, se puede garantizar que la dirección relativa del flujo de líquido a través de dos compartimentos adyacentes sea flujo cruzado (por ejemplo, a un ángulo relativo entre 40 y 140 grados). Preferiblemente, el flujo de líquido a través de compartimentos adyacentes es perpendicular, pero también puede usarse cualquier ángulo (por ejemplo, 45° o 135°) simplemente orientando las entradas y salidas para dos compartimentos adyacentes a un ángulo apropiado unas con respecto a las otras y se prefieren ángulos de 90° o mayores.

Por ejemplo, la pila puede configurarse de modo que el líquido que fluye a través del compartimento (a) o (b) avanza a un ángulo de 0 a 180 grados, preferiblemente 40 a 140 grados, con respecto al líquido que fluye a través de los compartimentos (c) o (d). En una realización preferida, las pilas y unidades ED de la presente invención están configuradas de modo que los líquidos que fluyen a través del uno o más compartimentos de concentración iónica fluyen en una dirección opuesta (es decir, 180°) al líquido que fluye a través del segundo compartimento de dilución iónica (b). En otra realización preferida, especialmente para pilas con forma cuadrada y rectangular, las pilas y unidades ED de la presente invención están configuradas de modo que el líquido que fluye a través del compartimento de dilución iónica (a) y/o (b) fluye en una dirección opuesta (180°) al líquido que fluye a través de uno de los compartimentos de concentración iónica adyacentes y en una dirección perpendicular (90°) al líquido que fluye a través del otro de los compartimentos de concentración iónica adyacentes. Esta configuración reduce el transporte osmótico indeseable de agua entre los compartimentos.

Por tanto, se prefieren las siguientes configuraciones relativas para estas entradas de compartimentos adyacentes, por lo que un ángulo de 0° se considera corriente conjunta, un ángulo de 45°, 90° y 135° flujo cruzado y un ángulo de 180° contracorriente:

• entradas que proporcionan alternativamente flujo a contracorriente y flujo cruzado;

• entradas que proporcionan alternativamente flujo en corriente conjunta y flujo cruzado;

• entradas que proporcionan alternativamente flujo a contracorriente, flujo cruzado, flujo en corriente conjunta y flujo cruzado;

• entradas que proporcionan o flujo a contracorriente, flujo de corriente conjunta o una combinación de los mismos;

• entradas que proporcionan solamente flujo cruzado.

Se prefiere una configuración de flujo cruzado porque esta configuración es particularmente sencilla para implementar una pila rectangular que tenga cuatro lados. Si se desea, puede combinarse la configuración de flujo cruzado para algún compartimento adyacente con una dirección de flujo a contracorriente para otro compartimento adyacente para optimizar la eficacia de desalación. Además, para pilas con forma octagonal (es decir, un ángulo de 45°, 90° o 135°) puede lograrse flujo cruzado adicional a corriente conjunta (0°) y contracorriente (180°).

En general, para compartimentos adyacentes se prefiere flujo cruzado y flujo a contracorriente, es decir, la dirección del flujo de líquido a través de los compartimentos adyacentes es preferiblemente a un ángulo de 90°, 135° o 180° con respecto a la dirección del flujo a través del siguiente compartimento (adyacente).

El medio para comunicar el líquido del compartimento (a) al compartimento (b) es preferiblemente un conducto, un tubo o una construcción colectora específica.

Los compartimentos se disponen en la pila de modo que los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica se alternan. Por tanto, uno (y solamente uno) de los compartimentos (a) y (b) está ubicado entre los compartimentos (c) y (d).

La pila preferiblemente comprende una pluralidad de compartimentos de dilución iónica, alternando con una pluralidad de compartimentos de concentración iónica, por lo que cada compartimento de dilución iónica está adyacente a un compartimento de concentración iónica a lo largo de al menos un lado del compartimento de dilución iónica, y cada compartimento de concentración iónica está adyacente a un compartimento de dilución iónica a lo largo de al menos un lado del compartimento de concentración iónica.

Típicamente, las membranas forman una pared entre dos compartimentos adyacentes. Por ejemplo, la membrana de intercambio aniónico monovalente (mAEM) en un lado del compartimento (a) también es la membrana de intercambio aniónico monovalente (mAEM) en un lado del compartimento (d) y la membrana de intercambio catiónico monovalente (mCEM) en un lado del compartimento (a) también es la membrana de intercambio catiónico monovalente (mCEM) en un lado del compartimento (c). Además, la membrana de intercambio catiónico convencional en un lado del compartimento (b) también puede ser la membrana de intercambio catiónico convencional en un lado del compartimento (d).

Por tanto, en una realización:

(i) la pared de membrana aniónica del compartimento (d) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (a);

(ii) la pared de membrana catiónica del compartimento (a) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (c); y

(iii) la pared de membrana aniónica del compartimento (c) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (b).

En otra realización:

(i) la pared de membrana catiónica del compartimento (a) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (c);

(ii) la pared de membrana aniónica del compartimento (c) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (b); y

(iii) la pared de membrana catiónica del compartimento (b) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (d).

En otra realización:

(i) la pared de membrana aniónica del compartimento (c) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (b);

(ii) la pared de membrana catiónica del compartimento (b) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (d); y

(iii) la pared de membrana aniónica del compartimento (d) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (a).

En otra realización:

(i) la pared de membrana catiónica del compartimento (b) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (d);

(ii) la pared de membrana aniónica del compartimento (d) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (a); y

(iii) la pared de membrana catiónica del compartimento (a) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (c).

En otra realización:

(i) la pared de membrana aniónica del compartimento (a) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (d);

(ii) la pared de membrana catiónica del compartimento (d) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (b); y

(iii) la pared de membrana aniónica del compartimento (b) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (c).

En otra realización:

(ii) la pared de membrana catiónica del compartimento (b) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (d);

(iii) la pared de membrana aniónica del compartimento (d) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (a); y

(iv) la pared de membrana catiónica del compartimento (a) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (c) de una pila adyacente.

En otra realización:

(i) la pared de membrana aniónica del compartimento (b) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (c);

(ii) la pared de membrana catiónica del compartimento (c) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (a);

(iii) la pared de membrana aniónica del compartimento (a) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (d); y

(iv) la pared de membrana catiónica del compartimento (d) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (b) de una pila adyacente.

Dependiendo del orden en que se colocan las paredes de membrana en la pila, pueden hacerse varios diseños de pila, por ejemplo, como se muestra en la tabla 1, donde cada una de las columnas 1 a 8 representan el orden de las paredes de membrana y los compartimentos en una pila, empezando con la primera pared de membrana en la fila 2 de la tabla 1 y finalizando en la fila 10 de la tabla 1. En una unidad EDM que comprende las pilas de membrana descritas en la tabla 1, el compartimento de cátodo que comprende un cátodo puede ubicarse adyacente a cualquiera de las paredes de membrana en las filas 2 y el compartimento de ánodo que comprende un ánodo puede ubicarse adyacente a cualquiera de las paredes de membrana en las filas 10.

Tabla 1: Órdenes de membrana y compartimento para las pilas EDM de la invención

Por ejemplo, los compartimentos están presentes en la pila en el orden (c), (a), (d), (b) (como en la columna 8 de la tabla 1) o (d), (a), (c), (b) (como en la columna 1 de la tabla 1), de los que el último puede considerarse un ejemplo que tiene el orden inverso en comparación con el primero. La pila también puede comprender compartimentos tales como una unidad de repetición, por ejemplo, la pila comprende opcionalmente los compartimentos [(c), (a), (d), (b)]ⁿo [(d), (a), (c), (b)]ⁿdonde n es mayor de 1, por ejemplo, de 1 a 1000.

El primer compartimento de concentración iónica y el segundo compartimento de concentración iónica no están en comunicación fluida entre sí, es decir, están separados en cuanto a fluidez. Esto se debe a que se formaría un depósito de sales insolubles si los líquidos del primer compartimento de concentración iónica y el segundo compartimento de concentración iónica entraran en contacto entre sí.

Típicamente, uno de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) en cada pila está en comunicación iónica con ambos compartimentos de concentración iónica (c) y (d) y el otro de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) en esa pila está en comunicación iónica con solamente uno de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d). En una unidad ED que comprende más de una unidad de repetición de las pilas de la presente invención, preferiblemente cada pila está en comunicación iónica con la siguiente pila. Por ejemplo, una unidad de repetición está en comunicación iónica exactamente como se describe y en todas las demás unidades de repetición uno de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) en cada unidad de repetición está en comunicación iónica con ambos compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de esa unidad de repetición y el otro compartimento de dilución iónica (a) y (b) en la unidad de repetición está en comunicación iónica con solamente uno de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de esa unidad de repetición y con uno de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de la siguiente unidad de repetición (adyacente).

La pila puede ser de cualquier forma, es preferiblemente de forma octagonal, rectangular o cuadrada. Preferiblemente, la pila tiene dimensiones de sección transversal cuando se miden en el mismo plano que la dirección del flujo de líquido a través del compartimento (a) de 40 a 250 cm x 20 a 160 cm, por ejemplo, que tiene una longitud entre 40 y 250 cm y una anchura entre 20 y 160 cm. Ejemplos de dimensiones de sección transversal adecuadas incluyen 40 x 80 cm, 40 x 100 cm, 50 x 50 cm, 50 x 100 cm, 50 x 160 cm, 60 x 120 cm, 60 x 160 cm, 80 x 160 cm, 100 x 100 cm y 100 x 200 cm.

Cuando la pila tiene una sección transversal rectangular, entonces el líquido a través de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) discurre preferiblemente paralelo al lado más largo del rectángulo y el líquido que fluye a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) discurre paralelo al lado más corto del rectángulo. Esta preferencia surge porque se potencia la eficacia de desalación por una longitud de trayectoria más larga para el líquido que requiere desalación.

En otra realización, la altura de los compartimentos de dilución iónica es menor que la altura de los compartimentos de concentración iónica. Esta preferencia surge porque puede resistir la resistencia eléctrica de la pila. Por tanto, los compartimentos a través de los que fluye un líquido de baja conductividad tienen preferiblemente una altura baja, por ejemplo, en una realización, uno o más de los compartimentos de dilución iónica comprenden separadores y/o las membranas que limitan con los compartimentos de dilución iónica tienen salientes (que reducen la altura eficaz del compartimento de dilución iónica). Una altura menor del compartimento también puede provocar una mayor caída de presión desde el extremo de entrada del compartimento hasta el extremo de salida de ese compartimento. En esta realización, el líquido que fluye a través de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) discurre preferiblemente paralelo a la una o más paredes laterales más cortas de esos compartimentos y el líquido que fluye a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) discurre preferiblemente paralelo a la una o más paredes laterales más largas de esos compartimentos. Esta preferencia surge porque la presión en todos los compartimentos es preferiblemente igual aproximadamente para reducir la posibilidad de filtraciones internas.

Las pilas de la presente invención pueden usarse para preparar unidades ED.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona una unidad de electrodiálisis (ED) que comprende una pila de membrana de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, un compartimento de ánodo (f) que comprende un ánodo y un compartimento de cátodo (g) que comprende un cátodo, en la que la pila de membrana está ubicada entre el compartimento de ánodo (f) y el compartimento de cátodo (g).

Típicamente, en la unidad ED de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, los compartimentos están presentes en la pila, por ejemplo, en el orden (g), (c), (a), (d), (b), (f) o (f), (d), (a), (c), (b), (g). Las unidades ED de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención que comprenden más de una pila son, por ejemplo, de la fórmula (g) [(c), (a), (d), (b)]ⁿ(f) o (f) [(d), (a), (c), (b)]ⁿ(g), en la que (g), (c), (a), (d), (b) y (f) representan los compartimentos (g), (c), (a), (d), (b) y (f) respectivamente, y n es como se define anteriormente en este documento. Como se describe anteriormente, también puede usarse cualquiera de los otros seis órdenes de compartimentos descritos en la tabla 1.

En una realización, las paredes de membrana externas de la pila (que son parte de un compartimento de electrodo) comprenden membranas de intercambio catiónico, preferiblemente membranas de intercambio catiónico que tienen una alta selectividad por cationes monovalentes, porque esto es útil para evitar que los aniones (por ejemplo, iones cloruro) y los cationes multivalentes entren en los compartimentos de electrodo. Las unidades ED se representan preferiblemente por la fórmula (f) (c), (b), [(d), (a)]ⁿ(g) o (f) [(a), (d), (b), (c)]ⁿ(g) en la que (g), (c), (a), (d), (b), (f) y n son como se definen anteriormente en este documento.

Como alternativa, se usa una membrana resistente a cloro robusta para las paredes de membrana más externas, por ejemplo, una membrana Nafion™. Preferiblemente, las paredes de membrana externas de la pila son más gruesas que las membranas en las otras partes de la pila.

Opcionalmente, los compartimentos de electrodos sirven como placas finales para la unidad ED. Como alternativa, la unidad ED puede estar provista de placas finales que no son parte del compartimento de electrodo. Los compartimentos de electrodo también pueden estar compartidos entre dos pilas, por ejemplo, la unidad ED comprende más de dos compartimentos de electrodo.

Los compartimentos de electrodo opcionalmente comprenden además una solución de electrolito que es diferente del líquido suministrado a uno de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) o, como alternativa, que es idéntica al líquido suministrado en uno de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b). Los ejemplos de soluciones de electrolitos que pueden usarse en los compartimentos de electrodo incluyen soluciones que comprenden cloruro de sodio, cloruro de potasio, sulfato de sodio, sales de Fe(ll) y Fe(III) (por ejemplo, FeCl², FeCl³, FeSO⁴, Fe³(SO⁴)²), y mezclas que comprenden dos o más de los anteriores.

Los electrodos preferiblemente comprenden independientemente cada uno un material conductor, tal como, por ejemplo, acero inoxidable (por ejemplo, malla de acero inoxidable), grafito, titanio (por ejemplo, una malla o placa de titanio), platino, iridio, rodio, niobio, circonio, tantalio, tungsteno, polímeros conductores, óxidos conductores, materiales compuestos de polímero conductor/carbono (por ejemplo, una película compuesta de poliolefina/grafito) o combinaciones que comprenden dos o más de los mismos. Además, el electrodo puede estar sin recubrir o recubierto. Los ejemplos de electrodos recubiertos incluyen malla de acero inoxidable recubierta con platino y una malla de titanio recubierta con óxido de iridio. Los ejemplos no limitantes de polímeros conductores incluyen polianilina, polipirrol, politiofeno y combinaciones de los mismos. El electrodo también puede comprender un óxido de metal mixto, por ejemplo, óxido de estaño dopado con indio (ITO), óxido de estaño dopado con antimonio (ATO) y óxido de cinc dopado con aluminio. En una realización, el electrodo comprende una capa superficial alta conductora que puede formarse de cualquier material o material compuesto conductor con un área superficial alta, por ejemplo, carbono activo, nanotubos de carbono, grafito, fibra de carbono, filtro de carbono, aerogel de carbono, polvos metálicos, por ejemplo, níquel, óxidos metálicos (por ejemplo, óxido de rutenio), polímeros conductores y combinaciones que comprenden dos o más de los anteriores.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para tratar líquidos, que comprende al menos dos unidades de electrodiálisis (ED) de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención.

Preferiblemente, las al menos dos unidades ED están conectadas de manera fluida en serie de modo que el líquido que entra en el compartimento (a) de la segunda y cualquier posterior unidad ED, es el líquido salió del compartimento (b) de la unidad ED precedente.

En términos de dirección de flujo a través de cada unidad ED, las preferencias son como se describe anteriormente en relación con el segundo aspecto de la presente invención.

Preferiblemente, el aparato (y cada unidad ED) comprende únicamente una entrada para líquido que requiere desionización o desalación. Al iniciar el proceso pueden usarse dos entradas adicionales conectadas de manera fluida a los compartimentos de concentración iónica de la última unidad ED para rellenar los compartimentos de concentración. Preferiblemente, cuando los compartimentos de concentración están llenos (por ejemplo, durante el estado en equilibrio, uso continuo de la pila o unidad ED) estas entradas adicionales no se usan. Sin embargo, en una realización, es deseable suministrar algo de líquido de alimentación a las entradas adicionales, por ejemplo, para alimentar los compartimentos de concentración iónica de la última unidad ED, típicamente a un caudal bajo. En este caso, los caudales a través de estas entradas adicionales son mucho menores que el caudal de líquido de alimentación a través de la entrada principal en al menos un factor 5, más preferiblemente en al menos un factor 10. Por ejemplo, este caudal a través de los compartimentos de concentración iónica puede usarse para hacer que la presión de los compartimentos de concentración iónica sea aproximadamente igual a la presión en los compartimentos de dilución iónica.

Preferiblemente, el aparato (y cada unidad ED) comprende únicamente una salida para el líquido desalado y al menos dos salidas para el líquido cuya concentración iónica se ha aumentado.

Por tanto, en una realización preferida, el aparato de acuerdo con la invención comprende:

(i) al menos dos unidades ED de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención conectadas de manera fluida en serie de modo que el líquido que entra en el compartimento (a) de la segunda y cualquier unidad ED posterior es el líquido que salió del compartimento (b) de la unidad ED precedente; y/o

(ii) solamente una entrada para líquido que requiere desionización; y/o

(iii) una salida para líquido desalado y al menos dos salidas para líquido cuya concentración iónica se ha aumentado.

Típicamente, las al menos dos unidades ED están conectadas en serie de modo que el líquido que entra en el compartimento (c) o (d) de la primera y cualquier unidad ED posterior, es el líquido que salió del compartimento (c) o (d) respectivamente de la siguiente unidad ED.

En una realización, las unidades ED presentes en el aparato son idénticas entre sí. En una realización, las unidades ED presentes en el aparato no son todas idénticas entre sí, por ejemplo, las pilas usadas en al menos dos de las unidades ED no son idénticas. Las pilas no idénticas pueden prepararse usando diferentes paredes de membrana en cada pila, por ejemplo, paredes de membrana que tienen diferentes propiedades. Por ejemplo, las propiedades de la AEM monovalente en una unidad ED pueden ser diferentes de las propiedades de la AEM monovalente en otra unidad ED.

En una realización preferida, el aparato comprende al menos dos unidades ED (EDM1 y EDM2) de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención configuradas de modo que las paredes de membrana en cada lado del uno o más compartimentos (a) y/o (b) de la primera de las unidades ED tengan diferentes propiedades en comparación con las paredes de membrana en cada lado del uno o más compartimentos (a) y/o (b) de una unidad ED posterior, por ejemplo, la resistencia eléctrica de las paredes de membrana en cada lado del uno o más compartimentos (a) y/o (b) de una (por ejemplo, de cada una) unidad es menor que la resistencia eléctrica de las paredes de membrana en cada lado del uno o más compartimentos (a) y/o (b) en una (por ejemplo, la) unidad ED siguiente. Por ejemplo, las paredes de membrana en cada lado del uno o más compartimentos (a) y/o (b) de EDM1 tienen una resistencia eléctrica menor que las paredes de membrana en cada lado del uno o más compartimentos (a) y/o (b) de EDM2 y así sucesivamente. Las diferentes propiedades típicamente no se refieren a la selectividad monovalente, sino a propiedades tales como resistencia eléctrica y permeabilidad al agua. En todas las unidades ED, las paredes de membrana en cada lado del compartimento (a) son mAEM y mCEM. La declaración anterior sobre las propiedades de membrana no incluye las dos membranas más externas de la unidad ED que enfocan a los compartimentos de electrodo, cuando están presentes. Las dos membranas más externas pueden ser idénticas en todas las unidades ED.

La altura de los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica (es decir, la más pequeña de las tres dimensiones longitud, anchura y altura) es preferiblemente entre 50 y 1000 pm, más preferiblemente entre 70 y 600 pm, por ejemplo, 100, 200, 250, 300, 400 o 500 pm. Por tanto, las paredes de membrana en cada lado de cada compartimento están separadas preferiblemente entre 50 y 1000 pm, más preferiblemente entre 70 y 600 pm, por ejemplo, 100, 200, 250, 300, 400 o 500 pm. Los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica pueden tener la misma altura o una altura diferente. La altura del compartimento puede ser igual en todas las pilas o la altura de los compartimentos en una pila puede ser diferente de la altura del compartimento en otro compartimento dentro de esa misma pila, diferente de la altura del compartimento en otra pila o diferente de la altura del compartimento en otra unidad ED. Además, el aparato puede comprender unidades ED que tienen pilas que comprenden compartimentos que tienen todos la misma altura, o pilas que comprenden compartimentos que tienen alturas diferentes de una pila a la siguiente. Por ejemplo, la altura de los compartimentos de dilución iónica en una pila puede ser menor que la altura de los compartimentos de concentración iónica de esa pila. Usando diferentes alturas para los compartimentos de concentración iónica y dilución iónica y ajustando el caudal a través de los compartimentos, se pueden reducir las diferencias de presión entre los compartimentos de concentración iónica y dilución iónica.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para desalar un líquido de alimentación, que comprende pasar ese líquido de alimentación a través de una unidad ED de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención o un aparato de acuerdo con el tercer aspecto de la presente invención según se aplica un voltaje a través del ánodo y cátodo de la unidad ED o cada unidad ED.

Típicamente, el líquido de alimentación comprende aniones y cationes monovalentes y aniones y cationes superiores (los iones superiores son iones que tienen una valencia de al menos 2). El proceso típicamente separa el líquido de alimentación en una corriente reducida de dichos aniones y cationes y en al menos dos corrientes de concentrado de las que al menos una está enriquecida en dichos aniones superiores y al menos otra de ellas está enriquecida en dichos cationes superiores.

En el proceso de la presente invención, el líquido de alimentación que requiere desalación puede pasar a través de cada unidad EDM dos veces, primero a través del compartimento (a) y después a través del compartimento (b).

En el primer compartimento de dilución iónica (a), se retiran principalmente los iones monovalentes del líquido de alimentación debido a la presencia de la mAEM y mCEM. Los iones retirados pasan a los compartimentos de concentración iónica (c) y (d). En el segundo compartimento de dilución iónica (b), se retiran tanto los iones monovalentes como los superiores del líquido de alimentación porque las paredes de membrana en cada lado del segundo compartimento de dilución iónica son menos selectivas hacia los iones monovalentes que la mCEM y mAEM usadas en el primer compartimento de dilución iónica. Además, estos iones retirados pasan a los compartimentos de concentración iónica (c) y (d).

La presente invención tiene varias ventajas sobre los sistemas EDM actualmente disponibles. No solamente no se requiere un suministro de cloruro de sodio adicional, sino que se requiere menos energía y la desalación del líquido de alimentación es más eficaz porque el líquido de alimentación pasa a través de la pila dos veces. Como consecuencia, se necesitan menos pilas para conseguir el nivel deseado de desalación que hace que el sistema sea comercialmente ventajoso por razones tanto CAPEX como OPEX. Cuando el líquido de alimentación contiene menos equivalentes de iones monovalentes que equivalentes de iones multivalentes, preferiblemente se añaden iones monovalentes adicionales al líquido de alimentación.

En una realización, el aparato comprende dos unidades ED conectadas de manera fluida en serie. El líquido de alimentación entra en la primera unidad ED (EDM1), pasa a través de ambos compartimentos de dilución iónica (a) y (b) de EDM1 y después entra en la segunda unidad ED (EDM2) donde pasa a través de ambos compartimentos de dilución iónica (a) y (b) de EDM2. Opcionalmente, el líquido de alimentación se hace recircular a través de EDM1 dos veces o más veces; sin embargo, en un proceso preferido, el líquido de alimentación pasa a través de los compartimentos (a) y (b) de EDM1 solamente una vez. También se puede hacer recircular el líquido que sale de (b) de EDM1 a través de EDM2 varias veces; sin embargo, en un proceso preferido, el líquido que sale de (b) de EDM1 pasa a través de los compartimentos (a) y (b) de EDM2 solamente una vez. El líquido que sale del compartimento (a) o (b) de EDM1 tiene un contenido menor de iones que el líquido de alimentación que entra en el compartimento (a) o (b) de EDM1. Asimismo, el líquido que sale del compartimento (a) o (b) de EDM2 tiene un contenido menor de iones que el líquido de alimentación que entra en el compartimento (a) o (b) de EDM2.

La preferencia descrita anteriormente también es cierta para aparatos que comprenden más de dos unidades ED conectadas de manera fluida en serie. Por tanto, preferiblemente el líquido de alimentación pasa a través de los compartimentos (a) y (b) de cada unidad ED solamente una vez. Las dos (o más) unidades ED conectadas en serie pueden estar en la misma carcasa o cada una en una carcasa diferente.

Preferiblemente, las unidades ED están configuradas de modo que la dirección del flujo entre las unidades ED del líquido a través de los compartimentos de dilución iónica está a contracorriente de la dirección de flujo a través de los compartimentos de concentración iónica.

Por ejemplo, el aparato de acuerdo con el tercer aspecto de la presente invención está configurado de modo que el líquido de alimentación que a fluido a través del compartimento de dilución iónica (a) y (b) de una primera unidad ED de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención (EDM1) posteriormente fluye a través de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) de la siguiente unidad ED de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención (EDM2) y el líquido que a fluido a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de la siguiente ED (EDM2) posteriormente fluye a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) respectivamente de la unidad ED previa (EDM1). El líquido que sale de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de la primera unidad ED (EDM1) forma dos corrientes de producto concentrado. Estas corrientes de producto concentrado de la primera unidad ED (EDM1) pueden almacenarse temporalmente en tanques de reserva hasta que se emprenda el tratamiento adicional tal como evaporación y/o cristalización.

Típicamente, uno de los líquidos que abandona los compartimentos (c) y (d) tiene una concentración elevada de aniones superiores en comparación con el líquido que entra en ese compartimento y el otro tiene una concentración elevada de cationes superiores en comparación con el líquido que entra en ese otro compartimento. Típicamente, ambos líquidos tienen una concentración elevada de aniones y cationes monovalentes.

Opcionalmente, el proceso comprende la etapa de transferir los líquidos que salen de los compartimentos (c) y (d) a tanque de circulación separados y opcionalmente hacer recircular dichos líquidos a través del compartimento (c) y (d), respectivamente, de la misma unidad ED, por ejemplo, hasta que el líquido tiene una concentración iónica deseada.

Los líquidos que fluyen a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) típicamente se hacen circular mediante tanques de circulación. Según fluyen los líquidos a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d), pasan iones y algo de agua desde los compartimentos (a) y (b), a través de las paredes de membrana de esos compartimentos y a la corriente de líquido que pasa a través de los compartimentos de concentración (c) y (d). De esta manera, el líquido de alimentación que requiere desalación se reduce de iones (y pierde agua) y el líquido que pasa a través de los compartimentos de concentración (c) y (d) se enriquece en iones (y obtiene agua). Por tanto, el aparato preferiblemente comprende además al menos dos tanques de circulación de concentrado por unidad ED, cada uno en comunicación fluida con uno de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d).

El líquido que sale de los compartimentos de concentración (c) y (d) de la segunda y cualquier unidad ED posterior de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención (por ejemplo, EDM2, EDM3, etc.) puede suministrarse a los tanques de circulación respectivos, por ejemplo, usando un mecanismo de alimentación y purga. Después, el líquido en los tanques de circulación respectivos puede hacerse circular a través de los compartimentos de concentración iónica respectos (c) y (d) de la misma unidad ED y purgarse a los compartimentos de concentración iónica respectivos (c) y (d) de la unidad ED precedente (por ejemplo, el concentrado de EDM2, compartimento (c) puede suministrarse al compartimento (c) de EDM1 mediante un tanque de circulación respectivo y el concentrado de EDM2, compartimento (d) puede suministrarse al compartimento (d) de EDM1 mediante un tanque de circulación respectivo, y así sucesivamente). Por tanto, preferiblemente los líquidos que pasan a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) se hacen circular a través de los compartimentos de concentración iónica respectivos (c) y (d) de la misma unidad ED y después se suministran a los compartimentos de concentración iónica respectivos (c) y (d) de la unidad ED precedente.

El voltaje que se aplica a través del ánodo y el cátodo de la unidad ED o cada unidad ED en el proceso de la presente invención provoca que los iones y el agua se transporten desde los compartimentos de dilución iónica a los compartimentos de concentración iónica.

En un proceso preferido de acuerdo con el cuarto aspecto de la presente invención, cuando el proceso ha alcanzado el estado de equilibrio, el proceso se realiza de modo que (y el aparato se configura de modo que) el líquido suministrado a través de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de la segunda y cualquier unidad ED posterior es el líquido que sale del mismo compartimento de la misma unidad ED. Por ejemplo, el líquido que sale del compartimento de concentración iónica (c) de EDM2 se suministra de nuevo a la entrada del compartimento de concentración iónica (c) de EDM2, preferiblemente mediante un (pequeño) tanque de circulación. Si se desea, puede proporcionarse un bajo flujo de líquido de alimentación a los compartimentos de concentración iónica y a los correspondientes tanques de circulación de la última unidad ED, pero preferiblemente, si es posible, esto no se hace cuando el proceso ha conseguido el estado de equilibrio porque no es necesario.

Típicamente, el líquido que sale del compartimento (d) tiene un alto contenido de aniones superiores y un bajo contenido de cationes superiores mientras que el líquido que sale del compartimento (c) tiene un alto contenido de cationes superiores y un bajo contenido de aniones superiores. De esta manera, puede reducirse la formación de escamas o evitarse completamente porque los contraiones que podrían formar de lo contrario sales insolubles en agua o de baja solubilidad se mantienen separados.

Por tanto, preferiblemente el proceso se realiza de modo que el líquido que ha pasado a través del compartimento (c) de cualquiera de las unidades ED no se mezcla con el líquido que ha pasado a través del compartimento (d) de cualquiera de las unidades ED. Por tanto, el concentrado obtenido de los compartimentos (c) se mantiene separado del concentrado obtenido de los compartimentos (d).

Sin embargo, en una realización, el proceso comprende además la etapa adicional de mezclar el líquido que ha pasado del compartimento (c) de cualquiera de las unidades ED con el líquido que ha pasado a través del compartimento (d) de cualquiera de las unidades ED, por ejemplo, en un cristalizador. Esta etapa adicional se realiza preferiblemente externa a las unidades ED. Dicho precipitado de sales puede tener valor comercial por sí mismo, pero la mezcla debe hacerse externa a la unidad ED porque si la mezcla se produce dentro de la unidad ED, el precipitado podría obstruir las paredes de membrana e impedir el flujo de líquido a través de la unidad ED.

En una realización preferida, el proceso es un proceso continuo. Después de cargar el aparato y haber conseguido un estado en equilibro, no se necesita realizar el proceso en una base discontinua. El líquido que sale del compartimento (b) de cada unidad ED puede suministrarse al compartimento (a) de la unidad ED posterior. Cuando el proceso se inicia por primera vez y antes de haberse conseguido el estado de equilibrio todos los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) (y los tanques de circulación de concentrado cuando están presentes) se llenan gradualmente (o su contenido se remplaza por líquido de alimentación).

Opcionalmente, cada unidad ED comprende un tanque de circulación de diluido que está acoplado de manera fluida al compartimento de dilución iónica (a) y/o (b). El tanque de circulación de diluido puede usarse en el arranque hasta que se alcance el estado de equilibrio o puede usarse de manera continua para aumentar la eficacia de desalación del aparato (lo que requiere un número menor de pilas).

Cuando el aparato comprende tres unidades ED, el líquido que sale de los compartimentos (c) y (d) de la segunda y tercera unidad ED se suministra preferiblemente a los compartimentos (c) y (d) respectivamente de la unidad ED precedente (con respecto al orden en que el líquido que requiere desalación pasa a través de las unidades ED). Por ejemplo, las corrientes de líquido que salen de los compartimentos (c) y (d) de la segunda unidad ED se suministran respectivamente a los compartimentos (c) y (d) de la primera unidad ED y las corrientes de líquido que sales de los compartimentos (c) y (d) de la tercera unidad ED se suministran respectivamente a los compartimentos (c) y (d) de la segunda unidad ED y así sucesivamente.

Por tanto, la diferencia en la concentración iónica entre los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica en la tercera unidad ED (cuando está presente) se reduce en comparación con el funcionamiento en corriente conjunta. Además, cuando el concentrado de cada unidad ED se hace recircular a la misma unidad ED (y a la precedente mediante un mecanismo de purga) puede usarse un bajo volumen de circulación por el que se consigue una gran eficacia, particularmente cuando el concentrado recirculado fluye entre las unidades ED en una dirección contraria a la dirección del flujo a través del compartimento (a) y/o (b). Puede conseguirse un rendimiento alto de agua desalada de más de un 70 % en comparación con un rendimiento de como mucho un 50 % para un sistema de desalación convencional tal como ósmosis inversa.

El aparato de la presente invención comprende opcionalmente más de tres unidades ED dependiendo del grado deseado de desalación. Cuando el líquido de alimentación según entra en la primera unidad ED tiene un contenido de iones muy alto, el aparato comprende preferiblemente tres o más de tres unidades ED conectadas de manera fluida en serie para mantener la tasa de desalación por unidad de EDM dentro de límites deseados. El grado de desalación y la tasa de desalación pueden controlarse según se desee para proporcionar agua que tenga la concentración iónica deseada. El aparato puede contener muchas unidades ED de la presente invención, pero preferiblemente comprende de 2 a 8 de estas unidades ED, especialmente 2, 3 o 4 de estas unidades ED en serie.

Como se describe anteriormente, la altura de los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica en cada pila es preferiblemente entre 50 y 1000 gm y puede ser diferente para cada pila y para cada unidad ED. Por ejemplo, en el aparato de la presente invención, la altura de los compartimentos en la primera ED (EDM1) puede ser mayor que en la posterior o posteriores unidades ED (EDM2, EDM3, etc.). En la segunda y cualquier unidad ED posterior, cuando está presente, la altura de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) es preferiblemente menor que la altura de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) en la primera unidad ED, porque el líquido que pasa a través de las últimas unidades tiene una concentración iónica menor y, por lo tanto, mayor resistividad eléctrica. Reduciendo la altura de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) en la segunda y cualquier unidad ED posterior en comparación con la altura de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) en la primera unidad ED, se puede reducir el consumo de energía de la unidad ED, aunque una altura menor también aumenta la energía requerida para bombear los líquidos a través de los compartimentos y, por lo tanto, se desea una altura que consiga el consumo energético global más bajo. Preferiblemente, la altura de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) se selecciona basándose en la composición del líquido de alimentación y el número de unidades ED en el aparato.

En cada unidad ED, la relación del caudal de líquido a través del compartimento (a) y/o (b) con respecto al caudal promedio de líquido a través del ambos compartimentos (c) y (d) de esa unidad, es preferiblemente entre 10:1 y 1:10, más preferiblemente entre 3:1 y 1:3, especialmente aproximadamente 1:1, es decir, los caudales a través de todos los compartimentos de una unidad ED dada es preferiblemente aproximadamente igual, especialmente cuando la altura de los compartimentos (a), (b), (c) y (d) de esa unidad es aproximadamente igual. Se prefieren caudales aproximadamente iguales a través de los compartimentos (a), (b), (c) y (d) para mantener la diferencia de presión entre los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica baja y, de ese modo, reduce la posibilidad de filtración de líquido. Cuando las alturas de los compartimentos (a) y (b) son menores que la altura de los compartimentos de concentración iónica (c) y (d), preferiblemente el caudal a través de los compartimentos (a) y (b) es menor que el caudal a través de los compartimentos de concentración (c) y (d).

El líquido de alimentación que requiere desalación que entra en la primera unidad ED del aparato comprende preferiblemente agua e iones monovalentes y superiores. Preferiblemente, el líquido de alimentación comprende más equivalentes molares de iones monovalentes que de iones superiores. Preferiblemente, la relación de equivalentes molares de iones monovalentes y equivalentes molares de iones superiores es mayor de 1,1, más preferiblemente mayor de 1,5. Esta preferencia surge de la necesidad de tener suficientes contraiones monovalentes para equilibrar la carga de los iones superiores.

Durante el proceso de la presente invención, la resistencia eléctrica a través de la unidad ED cambia a lo largo del tiempo. Por lo tanto, una realización preferida comprende variar el voltaje aplicado a través del ánodo y el cátodo de la unidad ED o cada unidad ED según cambia la resistencia eléctrica de la unidad ED (por ejemplo, mientras se mantiene la corriente constante) o variar la corriente aplicada a través del ánodo y el cátodo de la unidad ED o cada unidad ED según cambia la resistencia eléctrica de esa unidad ED (por ejemplo, mientras se mantiene el voltaje constante). El voltaje aplicado a través del ánodo y el cátodo de cada unidad ED durante el proceso de la presente invención puede ser igual o puede ser diferente. Por ejemplo, el voltaje aplicado a través del ánodo y el cátodo de la primera unidad ED (EDM1) puede ser un voltaje constante mientras que la corriente es variable y el voltaje aplicado del ánodo y el cátodo de la segunda y cualquier unidad ED posterior (por ejemplo, EDM2, EDM3, etc.) puede ser variable mientras que la corriente es constante para minimizar el coste de desalación. El voltaje aplicado a través de los electrodos de la primera y cada unidad ED posterior del aparato está preferiblemente por debajo de la densidad de corriente limitante (LCD).

Se prefiere una desalación rápida porque en un proceso de desalación rápida el transporte osmótico de agua se reduce y, por tanto, se potencia la eficacia del proceso: un mayor rendimiento de agua desalada y corrientes de producto más concentradas. Sin embargo, la mayor eficacia se consigue a costa de un mayor uso energético. Dependiendo de la aplicación pueden elegirse los ajustes óptimos.

Opcionalmente, el aparato comprende dos o más conjuntos paralelos de las al menos dos unidades de electrodiálisis (ED) conectadas en serie. De esta manera, la capacidad del aparato está al menos duplicada. El número total de unidades ED en un aparato puede ser grande, por ejemplo, más de 100 o incluso más de 1000, cuando se desea una alta capacidad. Opcionalmente, dicho aparato comprende tanques compartidos de circulación de concentrado y diluido para reducir los costes, con la condición de que la corriente de concentrado que sale de cada compartimento (c) no se mezcle con el concentrado que sale de cualquier compartimento (d).

De acuerdo con un quinto aspecto, la presente invención proporciona un aparato que comprende al menos cuatro unidades de electrodiálisis (ED), comprendiendo cada unidad ED un compartimento de ánodo (f), un compartimento de cátodo (g) y una pila de membrana: en el que cada pila de membrana comprende:

(a) un primer compartimento de dilución iónica;

(b) un segundo compartimento de dilución iónica;

(c) un primer compartimento de concentración iónica;

(d) un segundo compartimento de concentración iónica; y

(e) una pared de membrana entre cada compartimento y en el exterior del primer y último compartimento de la pila;

en el que:

(i) la pila de membrana en cada unidad ED está ubicada entre el compartimento de ánodo (f) y el compartimento de cátodo (g) de esa unidad ED;

(ii) cada pared de membrana comprende una membrana de intercambio catiónico o una membrana de intercambio aniónico y el orden de membranas de intercambio catiónico y aniónico se alterna de cada pared a la siguiente en cada pila;

(iii) en cada pila, las paredes de membrana en cada lado del compartimento (a) tienen ambas una mayor selectividad por iones monovalentes que las correspondientes paredes de membrana en cada lado del compartimento (b);

(iv) el primer compartimento de concentración iónica y el segundo compartimento de concentración iónica no están en comunicación fluida entre sí;

(v) los compartimentos están dispuestos en la pila de modo que los compartimentos de dilución iónica y los compartimentos de concentración iónica se alternen; y

(vi) cada unidad ED comprende además un medio para la comunicación fluida del uno o más compartimentos (a) de esa unidad ED al uno o más compartimentos (b) de una unidad ED posterior o precedente y al uno o más compartimentos (b) de esa unidad ED desde el uno o más compartimentos (a) de una unidad ED posterior o precedente.

Las preferencias para los diversos componentes y rasgos característicos del quinto aspecto de la presente invención son como se describen en relación a otros aspectos de la presente invención excepto que el medio para la comunicación fluida de los compartimentos (a) a los compartimentos (b) se conectan a los compartimentos (b) y (a) de unidades ED adyacentes (en oposición a los compartimentos (b) y (a) de la misma unidad ED).

La selectividad por iones monovalentes de las membranas puede determinarse de la siguiente manera:

Selectividad por iones monovalentes de las membranas de intercambio catiónico

La selectividad por iones monovalentes de las membranas de intercambio catiónico se determinó de la siguiente manera. Un líquido de alimentación de ensayo descrito a continuación se pasó a través de una unidad ED convencional (unidad de ensayo ED 1) que comprende diez pares de celdas, comprendiendo cada par la membrana de intercambio catiónico en ensayo y una membrana de intercambio aniónico (Selemion ASV de Asahi Glass Corp.). La membrana de intercambio catiónico en ensayo tenía un área de membrana eficaz de 0,0037 m2, un tamaño de membrana de 8,9 x 4,1 cm. Además, había un separador entre cada membrana y la siguiente (un separador tejido de 480 pm de Deukum GmbH).

Como líquido de alimentación de ensayo se usó una composición que comprende agua y los siguientes componentes: Líquido de alimentación de ensayo:

Ion Concentración (mg/l)

Na⁺26321

Mg²⁺412

Ca²⁺1372

Cl- 40718

SO42- 4500

HCO^3-274

Como electrolito para los compartimentos de ánodo y cátodo de la unidad de ensayo ED 1 se usó solución de sulfato de sodio (0,5 M).

La unidad de ensayo ED 1 se procesó de la siguiente manera:

Compartimento de concentrado: volumen 0,25 l

caudal 4,8 l/h

Compartimento de diluido: volumen 3,5 l

caudal 4,8 l/h

Electrolito: composición Na²SO⁴0,5 M

volumen 1,5 l

caudal 100 l/h

Densidad de corriente 350 A/m²

Corriente 1,28 A

Después de hacer recircular el líquido de alimentación de ensayo a través de la unidad de ensayo ED 1 durante 200 minutos, se midieron las concentraciones de Na⁺y Ca²⁺por espectrometría de emisión óptica de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES). La selectividad por iones monovalentes de la membrana de intercambio catiónico se calculó entonces usando la fórmula (1) como se describe anteriormente.

Selectividad por iones monovalentes de las membranas de intercambio aniónico

La selectividad por iones monovalentes de las membranas de intercambio aniónico se determinó pasando el líquido de alimentación de ensayo descrito anteriormente a través de una unidad ED convencional (unidad de ensayo ED 1) como se describe anteriormente en relación a la medición de la selectividad por iones monovalentes de las membranas de intercambio catiónico. Sin embargo, en este caso la unidad de ensayo ED 1 comprendía diez pares de celdas, comprendiendo cada par la membrana de intercambio aniónico en ensayo y una membrana de intercambio catiónico (Selemion CSO de Asahi Glass Corp.). La membrana de intercambio aniónico en ensayo tenía un área de membrana eficaz de 0,0037 m2, un tamaño de membrana de 8,9 x 4,1 cm. Además, había un separador entre cada membrana y la siguiente (un separador tejido de 480 pm de Deukum GmbH).

Después de hacer recircular el líquido de alimentación de ensayo descrito anteriormente a través de la unidad de ensayo ED 1 durante 200 minutos, se midieron las concentraciones de Cl^-y SO⁴²por cromatografía iónica. La selectividad por iones monovalentes de la membrana de intercambio aniónico se calculó entonces usando la fórmula (1) como se describe anteriormente.

La invención se ilustrará ahora por los siguientes ejemplos no limitantes en que se usan las siguientes abreviaturas:

mAEM significa una membrana de intercambio aniónico ACS obtenida de Astom Corp., Japón, que tiene una ER de 3.8 ohm.cm2 y que tiene una selectividad monovalente (es decir, una alta selectividad por aniones monovalentes en comparación con aniones superiores).

mCEM significa una membrana de intercambio catiónico CIMS obtenida de Astom Corp., Japón, que tiene una ER de 1.8 ohm.cm2 y que tiene una selectividad monovalente (es decir, una alta selectividad por cationes monovalente en comparación con cationes superiores).

AEM significa una membrana de intercambio aniónico "convencional" AMX obtenida de Astom Corp., Japón, que tiene una ER de 2,4 ohm.cm2 y que tiene una baja selectividad por aniones monovalentes en comparación con aniones superiores.

CEM significa una membrana de intercambio catiónico "convencional" CMX obtenida de Astom Corp., Japón, que tiene una ER de 3,0 ohm.cm2 y que tiene una baja selectividad por cationes monovalentes en comparación cationes superiores.

La selectividad de las membranas se determinó usando el método descrito anteriormente.

Como puede calcularse a partir de la tabla anterior, mAEM es 1,7 veces más selectiva monovalente que la membrana de intercambio aniónico "convencional" AEM y mCEM es 4,2 veces más selectiva monovalente que la membrana de intercambio catiónico "convencional" CEM.

Ejemplo 1

Se construyó una pila de membrana MS1 que comprendía 81 membranas. El orden de las membranas en la pila fue [CEM - AEM - mCEM - mAEM - ]ⁿCEM en el que n es 20. Las membranas mCEM y mAEM están en cada lado del compartimento (a) y las membranas CEM y a Em con los corchetes están a cada lado del compartimento (b). Por lo tanto, la pila comprende una unidad de repetición de los compartimentos [(b), (c), (a), (d)]ⁿ.

La pila comprendía las membranas en el orden indicado anteriormente, un separador (separador tejido de 480 pm de grosor de Deukum GmbH) entre cada membrana y la siguiente, una entrada para líquido de alimentación, dos entradas para concentrados, una salida para líquido desalado y dos salidas para concentrados y conductos que conectan de forma fluida cada compartimento (a) con el compartimento (b). Además, la pila se construyó de modo el líquido que pasa a través del compartimento (a) fluye en la dirección opuesta al líquido que pasa a través del compartimento (b) y en una dirección de flujo cruzado al líquido que pasa a través de los compartimentos (c) y (d). Las membranas tenían todas un área eficaz de 10 cm x 10 cm.

Preparación de una unidad ED adecuada para uso en EDM

Se preparó una unidad ED a partir de la pila MS1 colocando la pila entre un cátodo y un ánodo y fijando las membranas, el cátodo y el ánodo conjuntamente usando placas finales y pernos.

La pila comprendía además un conducto para garantizar que el líquido que requiere desalación fluía a través de ambos compartimentos de dilución iónica de modo que el líquido pasaba a través del compartimento (a) en primer lugar y después a través del compartimento (b).

La unidad EDM comprendía compartimentos en el orden [(b), (c), (a), (d)]ⁿ. Por lo tanto, la pila comprendía una unidad de repetición de los compartimentos (g)[(b), (c), (a), (d)]ⁿ(f) en la que n es 20.

Preparación de un aparato y uso del proceso

Puede prepararse un aparato de acuerdo con la fig. 4 usando las tres unidades ED preparadas anteriormente. Con el propósito de ensayar el proceso de la presente invención, se simuló el aparato ilustrado en la fig. 4 realizando tres desalaciones diferentes usando tres veces la unidad ED preparada anteriormente. La unidad ED se denomina EDM1 en la primera etapa de desalación EDM2 en la segunda etapa de desalación y EDM3 en la tercera etapa de desalación. Por motivos de claridad, en los resultados dados a continuación, las cantidades se normalizaron. El objetivo de la tercera etapa de desalación (usando EDM3) fue producir agua potable que tenía una conductividad de aproximadamente 0,5 mS/cm.

Las condiciones del proceso fueron como se muestran en la tabla 2 a continuación:

La temperatura de los líquidos aumentó gradualmente durante el proceso desde aproximadamente 19 °C hasta aproximadamente 22 °C.

El líquido de alimentación que requiere desalación, que entra en la primera unidad ED (EDM1), se diseñó para simular agua de mar y tenía la composición mostrada en la tabla 3 a continuación:

Tabla 3 Líquido de alimentación que requiere desalación

La primera y segunda etapa de desalación usaron los concentrados que salen de la siguiente unidad ED (a contracorriente del líquido que requiere desalación). Por ejemplo, lo tanto, en la simulación, la tercera etapa de desalación se realiza en primer lugar. Para poder realizar la tercera etapa de desalación en primer lugar, fue necesario determinar la composición del líquido que requiere desalación que tenía que usarse como líquido de alimentación para los compartimentos de dilución iónica de EDM3 y también la composición del líquido que requiere desalación que tenía que usarse como líquido de alimentación para los compartimentos de dilución iónica de EDM2. Por tanto, en primer lugar y por separado, se determinó el rendimiento de desalación en EDM1 y EDM2. En EDM1, la conductividad del líquido de alimentación que requiere desalación se encontró reducido de 65,5 a 28,3 mS/cm. En EDM2, la conductividad del líquido que requiere desalación se disminuyó de 28,3 a 8,56 mS/cm. Las composiciones del líquido desalado que sale de EDM1 y EDM2 se muestran en la tabla 4 a continuación. Estas composiciones se usaron entonces en la segunda parte de este ejemplo como líquido que requiere desalación a pasarlo a través de los compartimentos de dilución iónica de EDM2 y EDM3 respectivamente para simular un proceso continuo de acuerdo con la presente invención en que el orden de desalación es EDM1 > EDM2 > EDM3.

Tabla 4 Composición del líquido desalado que sale de EDM1 y EDM2

En la simulación, la primera etapa del proceso fue realizar la tercera etapa de desalación a través de EDM3. Se usó una composición idéntica a la que habría salido de EDM2 (como se muestra en la tercera columna de la tabla 4) como líquido que requiere desalación y se pasó a través de los compartimentos (a) y (b) de EDM3 y el líquido de alimentación que requiere desalación (como se muestra en la tabla 3) se pasó a través de los compartimentos (c) y (d) de EDM3. Los líquidos se hicieron recircular a través de sus compartimentos respectivos de EDM3 hasta que la conductividad del líquido en los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) habían alcanzado el objetivo de 0,5 mS/cm.

Los líquidos que salen de los compartimentos (c) y (d) de EDM3 se suministraron a los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de EMD2 respectivamente y el líquido desalado que sale de EDM1 (como se muestra en la segunda columna de la tabla 4) se pasó a través de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) de EDM2. Los líquidos se hicieron recircular a través de sus respectivos compartimentos de EDM2 durante 511 minutos hasta que la conductividad del líquido en los compartimentos de dilución iónica de EDM2 alcanzó un valor de 8,3 mS/cm que estaba cercano a la composición del líquido que requiere desalación usado como alimentación para los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) de EDM3 anteriormente.

Los líquidos que salen de los compartimentos (c) y (d) de EDM2 se suministraron a los compartimentos de concentración iónica (c) y (d) de EDM1 respectivamente y el líquido de alimentación (como se muestra en la tabla 3) se pasó a través de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) de EDM1. Los líquidos se hicieron recircular a través de sus respectivos compartimentos de EDM1 durante 954 minutos hasta que la conductividad del líquido en los compartimentos de dilución iónica de EDM1 alcanzó un valor de 28,3 mS/cm.

Las propiedades del líquido que requiere desalación que entra en cada unidad ED y las propiedades del líquido desalado y los líquidos de concentrado que salen de cada unidad ED se describen en la tabla 5. La composición iónica del líquido de alimentación, el líquido desalado que sale de EDM3 y los líquidos de concentrado que salen de EDM1 se enumeran en la tabla 6.

El rendimiento global final del agua desalada que tiene una baja conductividad que la hace adecuada como agua potable es más de un 72 % con respecto a la cantidad de líquido de alimentación. Esto es muy alto en comparación con otras técnicas de desalación.

Tabla 5 Resultados de los tres experimentos de desalación a través de EDM1, EDM2 y EDM3 descritos anteriormente (es decir, simulación de un proceso continuo de la presente invención)

El rendimiento del diluido global fue de un 72,6 %. Rendimiento significa la relación en volumen de líquido desalado que sale de EDM3 en comparación con el volumen de líquido de alimentación que requiere desalación que entró en EDM1.

Tabla 6 Análisis de líquidos

Los contenidos de sulfato y cloruro descritos en la tabla 6 anterior se midieron por cromatografía iónica (IC) y el contenido de otros iones se midió por espectrometría de emisión óptica de plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES).

Ejemplo 2

Se realizó un experimento de simulación similar, pero con los flujos entre las unidades ED en dirección de corriente conjunta. Para las tres etapas, se usó el mismo líquido de alimentación que requiere desalación y los mismos ajustes que en el ejemplo 1. Por tanto, el líquido de alimentación que requiere desalación se usó como introducción al compartimento de dilución iónica (a) y para los compartimentos de concentración (c) y (d) de EDM1. Además, el líquido que sale del compartimento (a) de EDM1 se suministró al compartimento (b) de EDM1. Las corrientes de líquido se hicieron recircular a través de los compartimentos (a) y (b) de EDM1 hasta que la conductividad del líquido que requiere desalación se redujo hasta 27,1 mS/cm y simultáneamente las corrientes de líquido que salen de los compartimentos (c) y (d) se hicieron recircular de nuevo a través de los compartimentos (c) y (d) de EDM1 respectivamente. Las tres corrientes de líquido que salen de los compartimentos (b), (c) y (d) de EDM1 se suministraron a los compartimentos (a), (c) y (d) de EDM2 respectivamente para la segunda etapa. En la segunda etapa, el líquido que requiere desalación se hizo recircular a través de los compartimentos de dilución iónica (a) y (b) de EDM2 hasta que el líquido tenía una conductividad de 8,6 mS/cm y simultáneamente las corrientes de líquido que sales de los compartimentos (c) y (d) se hicieron recircular de nuevo a través de los compartimentos (c) y (d) de EDM2 respectivamente. En la tercera etapa, el líquido que requiere desalación que sale del compartimento (b) de EDM2 se hizo recircular a través de los compartimentos (a) y (b) de EDM3 hasta que se obtuvo el objetivo de conductividad de 0,5 mS/cm. Las dos corrientes que recirculan a través del compartimento (c) y (d) de EDM3 respectivamente fueron las corrientes de producto de concentrado resultantes.

El rendimiento global fue de un 65,3 %. El contenido de iones de los líquidos de concentrado que salen de EDM3 fue menor que el de los líquidos de concentrado que salen de EDM1 en el ejemplo 1.

El consumo de energía fue ligeramente mayor que en el ejemplo 1. No obstante, el rendimiento fue bueno en comparación con otras técnicas de desalación. Las propiedades de los líquidos en cada etapa se dan en la tabla 7.

Tabla 7

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una pila de membrana que comprende los siguientes componentes:

(a) un primer compartimento de dilución iónica;

(b) un segundo compartimento de dilución iónica;

(c) un primer compartimento de concentración iónica;

(d) un segundo compartimento de concentración iónica; y

(e) una pared de membrana entre cada compartimento y en el exterior del primer y último compartimento de la pila; en la que:

(i) cada pared de membrana comprende una membrana de intercambio catiónico o una membrana de intercambio aniónico y el orden de las membranas de intercambio catiónico y aniónico alterna de cada pared a la siguiente; (ii) las paredes de membrana en cada lado del compartimento (a) tienen ambas una selectividad por iones monovalentes mayor que las paredes de membrana correspondientes en cada lado del compartimento (b);

(iii) la pila comprende además un medio para la comunicación fluida del compartimento (a) al compartimento (b); (iv) el primer compartimento de concentración iónica y el segundo compartimento de concentración iónica no están en comunicación fluida entre sí; y

2. Una pila de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las paredes de membrana en cada lado del compartimento (a) tienen ambas una selectividad por iones monovalentes de al menos 1,5 veces la selectividad por iones monovalentes de las paredes de membrana en cada lado del compartimento (b).

3. Una pila de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el medio para la comunicación fluida del compartimento (a) al compartimento (b) es un conducto, un tubo o una construcción colectora específica.

4. Una pila de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que:

(iii) la pared de membrana aniónica del compartimento (c) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (b);

o

(iii) la pared de membrana aniónica del compartimento (b) también es la pared de membrana aniónica del compartimento (c);

o

(iv) la pared de membrana catiónica del compartimento (a) también es la pared de membrana catiónica del compartimento (c) de una pila adyacente;

o

5. Una pila de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que las membranas tienen una superficie lisa en ambos lados, una superficie lisa en un lado y una superficie con textura en el otro lado o una superficie con textura en ambos lados.

6. Una pila de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que las paredes de membrana en cada lado de un compartimento se fijan a un separador o junta por pinzamiento o entre sí por soldadura, curado o un adhesivo.

7. Una unidad de electrodiálisis (ED) que comprende una pila de membrana de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, un compartimento de ánodo (f) que comprende un ánodo y un compartimento de cátodo (g) que comprende un cátodo, en la que la pila de membrana está ubicada entre el compartimento de ánodo (f) y el compartimento de cátodo (g).

8. Una pila de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 o una unidad ED de acuerdo con la reivindicación 7 configurada de modo que, cuando la dirección del flujo de líquido a través de al menos un compartimento no es igual a la dirección del flujo de líquido a través del siguiente o siguientes compartimentos, las direcciones relativas del flujo están a un ángulo de 90°, 135° o 180°.

9. Un aparato para tratar líquido, que comprende al menos dos unidades de electrodiálisis (ED) de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que las al menos unidades ED están conectadas de manera fluida en serie de modo que el líquido que entra en el compartimento (a) de la segunda y cualquier unidad ED posterior es el líquido que salió del compartimento (b) de la unidad ED precedente y que el líquido que entra en el compartimento (c) o (d) de la primera unidad ED es el líquido que salió del compartimento (c) o (d) de la segunda unidad ED.

10. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 9, en el que cada unidad ED está configurada de modo que la dirección del flujo entre las unidades ED del líquido a través de los compartimentos de dilución iónica es contracorriente a la dirección del flujo a través de los compartimentos de concentración iónica.

11. Un proceso para desalar un líquido de alimentación que comprende aniones y cationes monovalentes y aniones y cationes superiores, que comprende pasar el líquido de alimentación a través de una unidad ED de acuerdo con la reivindicación 7 u 8 o un aparato de acuerdo con la reivindicación 9 o 10 según se aplica un voltaje a través del ánodo y cátodo de la unidad ED o cada unidad ED, que es un proceso que separa el líquido de alimentación en una corriente reducida de dichos aniones y cationes y en al menos dos corrientes de concentrado de las que al menos una está enriquecida en dichos aniones superiores y al menos otra está enriquecida en cationes superiores, en el que el líquido de alimentación que requiere desalación pasa en primer lugar a través del compartimento (a) y después a través del compartimento (b).

12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 11, que se realiza de modo que el líquido que entra en el compartimento (a) de la segunda y cualquier unidad ED posterior del aparato de acuerdo con la reivindicación 9 o 10 es el líquido que salió del compartimento (b) de la unidad ED precedente y que los concentrados que salen de los compartimentos (c) y (d) de cada unidad ED se suministran a los compartimentos (c) y (d) respectivamente de esa misma unidad ED o a los compartimentos (c) y (d) respectivamente de una unidad precedente.

13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en el que el líquido de alimentación pasa a través de los compartimentos (a) y (b) de cada unidad ED del aparato de acuerdo con la reivindicación 9 o 10 solamente una vez y los líquidos que pasan a través de los compartimentos de concentración (c) y (d) de esa unidad se hacen circular a través de los compartimento de concentración iónica respecticos (c) y (d) de esa unidad ED y después se suministran a los compartimentos de concentración iónica respectivos (c) y (d) de la unidad ED precedente.

14. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el proceso comprende procesos de tratamiento de agua adicionales seleccionados de uno o más de ósmosis inversa (RO), electrodesionización (EDI), desionización capacitiva (CDI), destilación en membrana (MD), nanofiltración (NF), ultrafiltración (UF), intercambio iónico (IE) y tratamiento con carbono activo.