用于极化控制的方法和系统的制作方法
用于极化控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容的一个或更多个方面大体上设及水处理，且更特别地设及用于在电化 学系统中处理水W控制浓差极化的系统和方法。
[000^ 概述
[0003] 本公开内容的一个或更多个方面提供操作多阶段电化学处理系统的方法。多阶段 电化学处理系统可W具有第一阶段和第二阶段，所述第一阶段具有包括第一电池堆的至少 一个电化学处理装置，所述第二阶段具有包括第二电池堆的至少一个电化学处理装置，所 述第一阶段与所述第二阶段的上游流体连通。方法可W包括将待处理的液体引入所述第一 阶段的入口。方法可W包括计算所述第一阶段的极限电流密度。方法可W包括在所述第一 阶段中W横跨所述第一电池堆的第一电流密度操作，所述第一电流密度低于所述第一阶段 的极限电流密度。方法可W包括在所述第一阶段中从所述液体中移除第一量的总溶解固 体，W产生部分处理的液体。方法可W包括从所述第一阶段的出口取出所述部分处理的液 体。方法可W包括将所述部分处理的液体引入所述第二阶段的入口。方法可W包括计算所 述第二阶段的极限电流密度。方法可W包括在所述第二阶段中W横跨所述第二电池堆的第 二电流密度操作，所述第二电流密度低于所述第二阶段的极限电流密度。方法可W包括在 所述第二阶段中从所述部分处理的液体中移除第二量的总溶解固体，W产生处理的液体， 所述第二量的总溶解固体少于所述第一量的总溶解固体。方法可W包括在所述第二阶段的 出口处提供所述处理的液体。
[0004] 方法还可W包括在第一液体流速下操作经过所述第一阶段，并且在所述第二阶段 中操作包括在第二液体流速下操作经过所述第二阶段，所述第二液体流速大于所述第一液 体流速。方法还可W包括在所述第一阶段的入口处测量所述待处理的液体的总溶解固体浓 度和流量。方法还可W包括部分地基于所述待处理的液体的总溶解固体浓度和所述待处理 的液体的流量计算所述第一阶段的极限电流密度。方法还可W包括部分地基于所述部分处 理的液体的所测量的总溶解固体浓度和所述部分处理的液体的所测量的流量计算所述第 二阶段的极限电流密度。在所述第一阶段的入口处，所述待处理的液体的总溶解固体浓度 可W大于约30，OOOppm。所述处理的液体的总溶解固体浓度可W小于约50化pm。
[0005] 本公开内容的一个或更多个方面提供用于处理液体的多阶段电化学处理系统。系 统可W包括第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置。系统可W包括第 二阶段，其包括具有第二极限电流密度的电化学处理装置，所述第二阶段与所述第一阶段 的下游流体连通。系统可W包括控制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之 间提供低于所述第一极限电流密度的第一电流密度，并且被配置成在所述第二阶段中在第 二组电极之间提供低于所述第二极限电流密度的第二电流密度，所述第二电流密度不同于 所述第一电流密度。
[0006] 所述系统的所述第一阶段还可W包括第一流速传感器和第一总溶解固体浓度传 感器。所述系统的所述第二阶段还可W包括第二流速传感器和第二总溶解固体浓度传感 器。所述控制系统还可W被配置成部分地基于来自所述第一流速传感器的第一输入信号和 来自所述第一总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来计算所述第一极限电流密度。所述 控制系统还可W被配置成部分地基于来自所述第二流速传感器的第一输入信号和来自所 述第二总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来计算所述第二极限电流密度。所述第一阶 段的所述电化学处理装置可W包括第一总数的电池对，并且所述第二阶段的所述电化学处 理装置可W包括第二总数的电池对，所述第二总数的电池对少于所述第一总数的电池对。 所述第一阶段或第二阶段的所述电化学处理装置还可W包括阻挡间隔件，所述阻挡间隔件 被配置成促进所述液体的多个流道(flow pass)穿过所述第二阶段的所述电化学处理装 置。所述阻挡间隔件可W被设置在第一流道子单元与第二流道子单元之间。
[0007] 所述系统的所述第一流道子单元可W包括第一总数的电池对，并且所述第二流道 子单元可W包括第二总数的电池对，所述第二总数的电池对少于所述第一总数的电池对。 所述控制器可W被配置成提供在所述第一阶段中第一量的总溶解固体从所述液体中的移 除W及在所述第二阶段中第二量的总溶解固体从所述液体中的移除，所述第一量的总溶解 固体多于所述第二量的总溶解固体。所述第一阶段的所述电化学处理装置可W包括电渗析 装置和电去离子装置(electrodeionization device)中的一种。所述第二阶段的所述电化 学处理装置可W包括电渗析装置和电去离子装置中的一种。所述系统还可W包括具有第Ξ 极限电流密度的第Ξ阶段，所述第Ξ阶段包括至少一个模块化电化学处理装置，所述第Ξ 阶段与所述第一阶段的下游流体连通并且与所述第二阶段的上游流体连通。
[0008] 本公开内容的一个或更多个方面提供用于处理液体的多阶段电化学处理系统。系 统可W包括第一电化学处理队列（first elechochemical heatment train)。第一电化 学处理队列可W包括第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置。第一电 化学处理队列可W包括第二阶段，其包括具有不同于所述第一极限电流密度的第二极限电 流密度的电化学处理装置，所述第二阶段与所述第一阶段的下游流体连通。系统可W包括 与第一电化学处理队列流体连通的第二电化学处理队列。第二电化学处理队列可W包括第 Ξ阶段，其包括具有第Ξ极限电流密度的电化学处理装置。第二电化学处理队列可W包括 第四阶段，所述第四阶段包括具有不同于所述第Ξ极限电流密度的第四极限电流密度的至 少一个电化学处理装置，所述第四阶段与所述第Ξ阶段的下游流体连通。系统可W包括控 制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之间提供低于所述第一极限电流密度 的第一电流密度，在所述第二阶段中在第二组电极之间提供低于所述第二极限电流密度 的、不同于所述第一电流密度的第二电流密度，在所述第Ξ阶段中在第Ξ组电极之间提供 低于所述第Ξ极限电流密度的第Ξ电流密度，W及在所述第四阶段中在第四组电极之间提 供低于所述第四极限电流密度的、不同于所述第Ξ电流密度的第四电流密度。
[0009] 系统还可W包括在所述第一电化学处理队列和所述第二电化学处理队列的下游 流体连接的精制器装置(polisher device)。所述精制器装置可W是电渗析装置和电去离 子装置中的一种。所述第一电化学处理队列可W被布置成与所述第二电化学处理队列并 列。
【附图说明】
[0010] 附图并不意图是按比例绘制。为了清楚的目的，不是每一个部件可W标记在附图 中，也不是在图示对于允许本领域的普通技术人员理解本公开内容不是必要的地方都示出 了本公开内容的每个实施方案的每一个部件。
[0011] 图1呈现在电渗析化D)系统的电池对中的浓度分布；
[0012] 图2呈现靠近电化学系统的阳离子交换膜的Na+离子的浓度分布；
[0013] 图3呈现在极化即将发生的情况下的Na+离子的浓度分布；
[0014] 图4呈现根据实施方案的多阶段电化学处理系统的示意图；
[0015] 图5呈现根据实施方案的系统的每阶段的总溶解固体(TDS)移除的图；
[0016] 图6呈现根据实施方案的系统的每阶段的TDS移除的图；
[0017] 图7呈现根据实施方案的系统的每阶段对于各种进料浓度的TDS移除的图；
[0018] 图8呈现根据实施方案的系统的每阶段对于各种进料浓度的电流的图；
[0019] 图9呈现根据实施方案的每阶段或每子阶段的、具有不同的电池对的多阶段电化 学系统的示意图；
[0020] 图10呈现根据实施方案的系统的每阶段的TDS移除的图；
[0021] 图11呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；
[0022] 图12呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；
[0023] 图13呈现对于根据实施方案的两个系统比较能量模块的数目与能量消耗的图；
[0024] 图14呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；
[0025] 图15呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；W 及
[0026] 图16呈现比较根据实施方案的两个系统的能量模块的数目与能量消耗的图。
[0027] 详细描述
[0028] 用于用电场净化流体的电化学系统可W用于处理含有溶解的离子物质的水和其 他液体。W运种方式处理水的两种类型的电化学处理装置是电去离子装置和电渗析装置。
[0029] 电去离子化DI)是使用电活性介质和电势从水中移除一种或更多种电离的或可电 离的物质或至少减少所述一种或更多种电离的或可电离的物质的浓度W影响离子运输的 工艺。电活性介质通常由源自水分子在邸I装置内的电解(分解)的离子产生。连续电去离子 (C抓I)装置是W其中水净化可W连续地进行同时离子交换材料连续地再生的方式操作的 邸I装置。
[0030] 电渗析化D)装置W与CEDI类似的原理操作，除了抓装置通常在膜之间不包含电活 性介质。在基于ED的系统中，因为不存在电活性介质，所W水分子的分解不必要地消耗能 量，运降低了系统的操作效率。W其中发生水分子的分解的方案操作基于抓的系统是期望 地被避免的。
[0031] 电化学处理装置通常包括由交替的电活性的半渗透性阴离子交换膜和阳离子交 换膜构成的电池堆。在膜之间的间隔界定具有入口和出口的液体流动隔室。经由电极强加 的施加的电场引起溶解的阳离子被吸引至电化学装置的阴极，W迁移穿过电化学装置的阳 离子交换膜，而溶解的阴离子被吸引至电化学装置的阳极，迁移穿过电化学装置的阴离子 交换膜。随着水流经耗尽隔室，通常在电场比如直流(DC)场的影响下将离子和其他带电物 质吸引到浓缩隔室中。带正电荷的物质 朝向通常位于多个耗尽隔室和浓缩隔室的堆的一端 处的阴极吸引，并且同样地，带负电荷的物质朝向运样的装置的通常位于隔室的堆的相对 端处的阳极吸引。
[0032] 离子在施加的电场的影响下迁移穿过电化学装置的膜导致稀释隔室的液体被耗 尽离子，并且浓缩隔室中的液体富有被转移的离子，如在2012年6月29日提交的、题为 巧lectrodesalination System and Method"的专利申请第PCT/US2012/044937号中所讨 论的，该专利申请为了所有目的据此通过引用W其整体并入。在电化学装置中，通常从被施 加于包括阳极(或正极)和阴极(或负极）的一组电极的电压和电流的源将DC场施加于电池。 电压源和电流源(共同地称为"电源"）可W通过多种手段比如AC电源或例如源自太阳能、风 能或波浪能的电源来给自身提供动力。
[0033] 在水分解发生之前在电化学系统中可实现的最大电流被称为极限电流。当离子从 本体稀溶液转移至膜表面的速率低于离子穿过膜转移的速率时，电流极限发生在电渗析系 统中。膜表面处的离子的浓度接近零。结果是驱动电流所需的电压、在膜表面处的水分解W 及不稳定的操作的快速增加。已经研发了关于作为本体浓度和流速的函数的极限电流的经 验等式。经常期望的是，在电化学系统的操作期间避免超过极限电流。
[0034] 在电化学操作期间，离子在靠近膜表面的溶液中的浓度不同于在流动隔室的本体 中的浓度。运种现象被称作浓差极化，Strathmann,H.2004. Ion exchange membrane separation processes;Membr曰ne Science and Technology Series,9.Elsevier。在极化 的极端情况下，在稀释隔室中的离子浓度在膜表面处接近零并且电流极限发生。在实验室 操作和中试操作方面的经验表明，在达到极限电流后，仅可W困难地恢复稳定性。补救行动 可能需要例如关掉电源并允许进料水未去离子地流经稀释隔室或用高盐度水冲洗模块。
[0035] 在商业脱盐工厂中，使模块脱机W恢复稳定性是不期望的。因此，在电化学系统的 设计和操作中，防止电流极限连同能量消耗和资本成本一起经常是优先考虑的事。
[0036] 图1示出在电化学装置的电池中的离子在溶液中的理想化的浓度分布，W图示浓 差极化。为了简单起见，假定溶液仅包含化C1。假定离子的浓度在稀释流和浓缩流的本体中 是一致的。在邻近膜的边界层内，溶液穿过电池的流动是层流的并且平行于膜表面，因此没 有对流混合。边界层的厚度取决于本体溶液中的速度。
[0037] 图2示出靠近阳离子交换膜(CEM)的化+浓度的分布。假定膜是完美地选择性的，由 于DC电场，仅化+离子被转移穿过阳离子交换膜(CEM)。在边界层中，化+离子通过由于电场的 "迁移"和通过由于浓度梯度的扩散而从本体溶液转移至膜表面。化+穿过膜和邻近的边界 层的转移速率是相同的。由于电中性，cr离子的浓度具有与化+离子相同的分布。
[0038] 类似地，cr浓度在邻近阴离子交换膜(AEM)的边界层中降低并且再次由于电中 性，Na+离子的浓度分布与Cr离子的浓度分布相同。化+和Cr离子的浓度分布因此被假定是 相同的，并因此由如图1中关于NaCl的分布表示。
[0039] 图3示出在稀释流被进一步脱盐并且电流极限即将发生时的浓度分布。在稀释流 的本体中的离子浓度已经降低至在膜表面处相应的浓度接近零的点。大致线性地依赖于浓 度的稀释流电导率也降低至零。驱动电流穿过稀释流-膜界面所必需的电势因此急剧增加。 只有在水分解发生W供应H+和or离子来提供电导率时，进一步的电流转移才是可能的。
[0040] 在实际的电化学操作中的浓差极化通常比图1-3中图示的更复杂。例如，在流动隔 室中可W被用来将膜保持分开的网状物可W促进流体混合。取决于网状物几何结构和雷诺 数，网状物还可W在网状物的线的下游产生滞流区(被称为"阴影效应"）。如图1中示出的简 单的边界层可能因此对于实际的电化学装置不是完全准确的。此外，离子交换膜不是完美 地选择性的，并且水由于电渗透和渗透也被运输穿过膜。两种现象均影响在紧邻膜表面的 溶液中的离子分布。
[0041] 对极化和电流极限的数学上精密分析可能需要包含流体力学、传质、电化学和化 学平衡的有限单元逼近。可能需要超级计算机。
[0042] 因此，研究者已经在建模极化时依靠用于极限电流的经验等式，例如：
[0043] i楓艮=a C ub (1)
[0044] 其中；
[0045] i楓g=极限电流密度
[0046] C =本体浓度
[0047] u =本体速度
[004引a，b =由实验数据确定的常数
[0049] 等式1可W按需要被用于计算极限电流密度的更复杂的算法替换。算法可W考虑 在所关注的特定电化学装置中的膜性质、网状物设计、膜之间的间距、或其他性质。
[0050] 为了避免极化，所施加的电流密度必须低于在稀释流中的任何点处的极限电流密 度。等式示出，is跟随着本体浓度接近零而降低至最小值。因此，预期的是，极化的风险在稀 释流的出口处是最高的。
[0051] 因为极限电流密度通过增加正在被处理的流体的本体速度和本体浓度而增加，所 W对运些变量的适当控制可W帮助产生其中极限电流密度不被超过的系统。
[0052] 电流密度可W被理解为电流除W电流穿过的面积。在电化学处理系统的上下文 中，电流穿过的面积可W是与正在被处理的液体接触的膜的表面。
[0053] 本文公开的是多阶段电化学处理系统和用于W有效的方式操作那些系统同时避 免在产生超过极限电流密度的施加的电流密度的电流下操作的方法。公开的方法还可W帮 助预测极化的发生W及电化学系统将电流维持为低于极限电流密度且避免不稳定的设计 和操作。公开的系统和方法可W减少对于给定的产物流量所需的电化学装置的数目（并且 因此资本成本）。
[0054] 在开发和操作有效地避免极限电流密度的电化学处理系统中可W考虑许多因素。 在产生和操作在不超过极限电流密度的情况下处理水的电化学系统中，可W期望的是，能 量消耗和资本成本被最小化。类似地，可W期望的是，水回收率和产物流量被最大化。系统 设计和操作可W设及某些权衡。例如，在某些系统中增加产物流量还可能需要能量消耗的 增加。系统的操作还可W解释(account for)输入变量，例如进料水组成和溫度。
[0055] 对电化学脱盐系统的操作者可用的控制变量包括施加的电流、施加的电压、流的 溫度、流的离子浓度或TDS浓度、流量和流速。例如，为了防止在用于海水脱盐的电化学操作 中的极化，根据一个或更多个实施方案，液体在稀释隔室中的速度可W在脱盐过程的稍后 阶段中被增加。避免极限电流密度可W导致较低的模块电阻(module resistanceK即较低 的能量消耗）、较低的结垢风险（即Of离子的产生减少）、和改善的电流效率（即减少的模块 电阻W及电短路或漏电的风险减少）。
[0056] 功率消耗可W受到在处理的特定阶段和对于特定的进料概况所选择的电化学装 置的类型影响。例如，包含在邸I模块中的离子交换树脂有助于减少当水的电导率低时的施 加的电压。如果EDI模块被用在海水上，则离子交换树脂在稀释隔室中的影响是小的。相反 地，如果在邸模块中的水太纯，则高电阻将产生，运促成过量的功率消耗。
[0057] 公开的处理系统和方法可W被用于多种目的。例如，待由电化学装置处理的流入 液或液体可W包括盐溶液。盐溶液可W包含单一盐物质或盐物质的混合物，例如，如可W在 海水中存在的。在至少一个实施方案中，产生的处理的液体可W包括饮用水。饮用水通常具 有小于约1，5(K)ppm的总溶解固体(TDS)含量。在某些实施方案中，加工的饮用水可W具有小 于约l，0(K)ppm的TDS。在某些实施方案中，加工的饮用水可W具有小于约5(K)ppm的TDS含量。 在某些非限制性实施方案中，加工的饮用水可W具有小于约25化pm的TDS含量。
[0058] 可W根据本文公开的实施方案处理的非饮用水的实例可W包括海水或盐水、微咸 水、灰水(gray water)、和某些工业用水。待处理的流入液或液体可W包括目标物质，例如 氯化物、硫酸盐、漠化物、娃酸盐、舰化物、憐酸盐、钢、儀、巧、钟、硝酸盐、神、裡、棚、锁、钢、 儘、侣、儒、铭、钻、铜、铁、铅、儀、砸、银和/或锋。根据一个或更多个实施方案，方法包括处理 其中待处理的液体包含溶质混合物的海水或微咸水。在某些实施方案中，在待处理的液体 中的单价离子相比于二价离子和其他多价离子的浓度可W是处于较高浓度。本文中提及的 海水一般可适用于其他形式的非饮用水。
[0059] 如本文使用的，"处理的"设及将水源水中的TDS含量减少至或将水源水中的悬浮 固体、胶状内容物和电离的与非电离的杂质的浓度减少至W下的水平:其中净化的水已被 使得适于饮用并且可W被用于淡水目的，例如但不限于人类和动物消耗、灌概、和工业应 用。脱盐是其中盐从诸如微咸水或海水的水中移除的净化类型。一个或更多个实施方案可 W属于海水的脱盐。待处理的液体可W来自多种源，包括具有在约3,0(K)ppm和约40,000ppm 之间或更多的TDS含量的源。待处理的液体可W是例如来自海洋的海水、微咸水、灰水、工业 流出物和注油回收水(oil fill recovery water)。待处理的液体可W包含高水平的单价 盐、二价盐和多价盐、W及有机物质。在某些实施方案中，值得注意的方面可W设及处理或 脱盐包括海水的待处理的液体的方法。待处理的液体可W被加工成期望的或所需的纯度水 平。
[0060] 根据一个或更多个实施方案，电化学处理装置可W是模块化的。每个模块化单元 通常可W作为总体电化学分离系统的子块（sub-block)或子单元起作用。模块化单元可W 包括任何期望数目的电池对。在某些实施方案中，每模 块化单元的电池对的数目可W取决 于在分离装置中的电池对和通道(pass)的总数。多个模块化单元然后可W被组装在一起W 在电化学分离系统中提供总意图数目的电池对。模块化还可W通过允许诊断、分离、移除和 替换相应的模块化单元而有利于系统维护。相应的模块化单元可W包括歧管装置和流动分 配系统W有利于电化学分离过程。相应的模块化单元可W彼此流体连通W及与中屯、歧管装 置和与总体电化学分离过程相关联的其他系统流体连通。
[0061] 此外，电化学装置可W被修改，使得存在穿过单个装置的多个通道。在将阻挡间隔 件(blocking spacer)或阻挡膜放置在电化学处理装置内、模块化单元之间、或模块化单元 内的情况下，多通道流动构型可W是可能的。穿过其形成流道的电化学处理装置的部分可 W被称作流道子单元。阻挡膜或阻挡间隔件可W被设置在多通道流动构型中的两个流道子 单元之间。根据一个或更多个实施方案，在相同的电化学模块中，速度可W通过减少在电化 学装置中的每流道子单元的电池对的数目而被增加。被配置成用于多通道流动的装置还可 W被称作折叠路径装置(folded path device)。
[0062] -个或更多个模块可W包括流道子单元。一个或更多个模块或流道子单元可W包 括电化学分离系统的阶段。一个或更多个电化学处理装置可W包括阶段。
[0063] 根据一个或更多个实施方案，系统可W包括在处理过程的末端处的从正在经历处 理的液体中移除溶解固体的最后的部分的精制器装置。精制器装置或模块可W是电渗析装 置或电去离子装置。在运样的实施方案中，对于给定的产物流量，所需的电化学装置的数目 可W被减少。最终精制步骤还可W被用于增加地移除特定的溶解组分例如棚，特别是在其 中化学品的注入被进行的实施方式中。
[0064] 除了模块资本成本的减少，精制器装置的使用具有其他潜在的益处。例如，根据实 施方案，棚移除可W在大部分的TDS从正在经历处理的水中移除之后在最终精制阶段中进 行。如果稀释流的pH被增加到~11同时电导率下降到低于2mS/cm (对应于约1，150ppm的 TDS)，则棚可W从海水中的约2.28ppm的初始值移除至在约0.51mS/cm(~25化pm的TDS)的 产物电导率下的约〇.95ppm。根据另一个实施方案，精制器装置可W包含在交换较高电阻中 比可选择的膜具有较低渗透水损失的膜。具有较低渗透水损失的膜的益处可能比与较高电 阻相关联的能量成本重要。
[0065] 根据一个或更多个实施方案，可W设置一个或更多个传感器W检测通常与系统相 关联的任何流、组件、或子系统的一个或更多个特性、条件、性质或状态。在某些实施方案 中，传感器中的一个或更多个可W配置成检测目标物质在进入或离开装置的流中的浓度。 在一个实施方案中，可W设置一个或更多个传感器W检测在装置的一个或更多个隔室的入 口和/或出口处的W及在系统的各个阶段中的浓度。可W设置一个或更多个传感器W检测 在装置的一个或更多个隔室的入口或出口处的抑水平。压力传感器可W与装置的一个或更 多个隔室相关联。可W实施用于检测TDS的传感器。可W实施用于检测流量或流速的传感 器。
[0066] -个或更多个传感器可W提供进入装置中、来自装置或在装置内的流的性质或特 性的表现或穿过装置或横跨电池堆施加的电流的性质或特性的表现。例如，所述一个或更 多个传感器可W配置成测量并且提供工艺条件例如离开任何隔室的任何流的抑的表现，例 如测量的信号。所述一个或更多个传感器还可W提供进入系统中、来自系统或在系统内的 任何流的测量的电导率或电阻率值。
[0067] 控制器可W被用于调节或调整装置或系统的部件的至少一个操作参数，例如，但 不限于，启动阀(actuating valve)和累，W及调节穿过电化学处理装置的电流或施加的电 场的性质或特性。控制器可W与配置成检测系统的至少一个操作参数的至少一个传感器电 连通。控制器通常可W配置成响应于由传感器产生的信号而产生控制信号W调节一个或更 多个操作参数。例如，控制器可W配置成接收装置的任何流、部件、或子系统的条件、性质或 状态的表现，或从装置接收该表现。控制器可W包括算法，该算法有利于至少一种输出信号 的产生W控制系统的操作，该系统的操作可W基于一种或更多种目标的或期望的值例如设 定点。
[0068] 在多阶段电化学处理系统中处理进料水之前，可W采用多种预处理程序。例如，预 处理技术可W被用于W下的进料水:所述进料水可W包含可W例如通过结垢或污染干扰或 降低任何阶段或装置的效率的固体或其他材料。任选的初始处理可W被提供W移除悬浮固 体、胶状物质和/或高分子量的溶质中的至少一部分。预处理过程可W在电化学处理装置的 上游进行，并且可W包括例如微粒过滤(particulate filtration)、砂滤、碳滤、超滤、纳滤 (nanof i 1 tration)、微滤例如交叉流微滤、其组合、W及其他设及微粒的减少的分离方法。 对进料水的抑或碱度的调节还可W通过例如添加酸、碱或缓冲剂或经过通气来进行。电化 学分离可W在任何预处理操作之后W提供具有期望的最终纯度的水。
[0069] 辅助的部件和/或子系统可W包括配合地允许系统的操作的管子、累、罐、电源和 分配子系统。
[0070] 根据一个或更多个实施方案，电化学处理系统可W被用于海水脱盐。电化学处理 系统可W包括可W并联或串联地W管子连接的许多模块化的子块。
[0071] 在每个电化学处理装置内的流动路径可W包括处理的流体穿过内部的流道子单 元的多个通道。
[0072] 每流道子单元的电池对的数目在系统内可W变化。例如，根据等式1，每通道的电 池对的数目可W在经过阶段的最后几个通道中被减少W增加在稀释流中的流速并且从而 增加极限电流密度。
[0073] 图4示出例如多阶段电化学系统400,其具有串联的Ξ个阶段(每个阶段410包括电 化学处理装置450,例如电渗析装置）W及在最后的阶段410中的每流道子单元415的减少的 电池对。在图4中公开的实施方案中，在前两个阶段410中的每个中存在五个通道415,每个 通道包含540个并联的电池对。在最后的阶段中，每流道子单元415的电池对的数目在第二 通道至最后的通道中被减少到360个电池对W及最终对于最终的流道子单元415被减少到 180个电池对。待处理的液体405可W被引入系统400的第一阶段410的入口。液体405的多通 道流动路径可W通过阻挡间隔件460来促进，所述阻挡间隔件460引导往回流动穿过电化学 处理装置450。其他阻挡间隔件(未示出）可W设置在阶段410的其他流道子单元415之间。
[0074] 电化学处理装置450可W包括由交替的阴离子交换膜和阳离子交换膜构成的一个 或更多个电池堆，其在界定具有入口和出口的液体流动隔室的膜之间具有间隔。包括阴极 和阳极的一组电极可W被设置在所述一个或更多个电池堆的任一端上W产生横跨电池堆 的电流。第一阶段410的电化学处理装置450可W被操作W处理液体405。第一量的总溶解固 体可W从液体405中移除W产生部分处理的液体435。部分处理的液体435可W从第一阶段 410的出口取出。
[0075] 图4中示出的实施方案包括Ξ个阶段。然而，系统400可W具有两个或更多个阶段。 在系统410的最终的阶段，一个或更多个电化学处理装置450可W通过横跨电池堆施加电流 来操作W从部分处理的液体435中移除第二量的总溶解固体，W产生处理的液体445。处理 的液体445可W在最终的阶段410的出口处被提供。
[0076] 在下文讨论的另外的实施方案例如图11中示出的实施方案中，多个阶段610可W 形成队列660。电化学系统600可W包括串联、并联或两者的多个队列660。大型市政或工业 电化学系统可能需要许多并联的电化学队列，每个队列具有许多串联的阶段610。对于来自 系统的给定的产物流量，非一致的TDS移除可能增加电化学装置650的总数并且因此增加相 关联的资本成本。
[0077] 根据一个或更多个实施方案，提供了用于控制电化学系统的方法。先前提出的控 制方法已经设及直接的反馈回路。例如，产物的电导率用传感器来测量并且被传输至工艺 控制器。然后，控制器使用诸如PID(比例-积分-微分)的算法改变施加的电流W最小化与电 导率设定点的任何偏差。
[0078] 根据一个或更多个实施方案，包括电渗析模块和电去离子模块的电脱盐系统的功 率消耗和浓差极化可W通过向多阶段系统的每个阶段施加不同的电压而减少。来自第一阶 段的水可W被转移至第二阶段并且然后转移至第Ξ阶段W及再往后。较高的电压和/或较 大的电流密度可W被用于W下的阶段:在所述阶段中，在待被脱盐的水中的离子内容物的 量较大并且然后随着水变得更纯而减少，使得稍后的阶段具有较低的电流密度。
[0079] 在具有多个阶段的电脱盐系统中，电渗析模块可W朝向海水入口来使用并且电去 离子模块可W在水已经被部分净化之后稍后用于工艺中。
[0080] 根据一个或更多个实施方案，每阶段移除的TDS的量可W有意地改变。例如，系统 可W被配置成使得TDS移除被前置(打ontload)，使得在一个或更多个稍后的或下游的阶段 比在一个或更多个较早的或上游的阶段移除更小量的TDS。运样的构型对于实现目标TDS移 除而没有超过极限电流密度可能是有利的，因为在某些情况下，如果每阶段的TDS减少是相 同的，则施加的电流密度在阶段的出口处可能超过极限电流密度。例如，图5呈现了每阶段 的TDS移除的图，其中移除速率在整个系统如在图4中示出的系统中是恒定的。W下的表1指 示对于此系统的极限电流密度和施加的电流密度。
[0081] 在此实例中使用W下等式来计算极限电流：
[0082] i楓艮=〇.〇2264C ιΛ閒33
[0083] 其中；
[0084] i楓g= WA/m2的单位的极限电流密度
[0085] C=Wppm的本体浓度 [00化] u=Wcm/s的本体速度
[0087] 在阶段3-2和3-3中，施加的电流密度将超过极限电流密度，因此引起极化，不期望 的条件。
[0088] 表1与图5相关联的数据
[0089]
[0090] 在一个实施方案中，防止在稀释流出物出口处极化的一种方法是减少在最后的阶 段中的TDS移除，如在图6中所示。图6呈现了每阶段的TDS移除的图，其中TDS移除速率在如 图4中示出的系统的系统中在最终的阶段处减小。W下的表2指示对于此系统的极限电流密 度和施加的电流密度。与其中TDS移除在整个所有阶段中是一致的实施方案对照，表2指示， 在系统的阶段3-2和3-3中的施加的电流密度将保持为低于极限电流密度并且极化将被避 免。
[0091] 表2与图6相关联的数据
[0092]
[0093] TDS分布可W被调节W防止由于待处理的液体的TDS(例如海水）的极化。图7示出 例如被进料至系统的入口的各种液体的TDS分布，所述系统如图4中示出的系统被布置。由 进料中的每一种导致的产物流量随着进料TDS从30,000ppm变化至34,000ppm而被维持在 3.40m3A。然后，在权衡中，能量消耗随着进料TDS增加而增加。
[0094] 每阶段的目标TDS可W通过控制施加的电流来实现，如图8中所示。在某些操作条 件下，增加最后的通道中的流速可能不足W避免极限电流密度。除了增加速度之外还减少 最后的阶段中的TDS移除可能是避免极限电流密度的一种方法。例如，计算在示例性的系统 的阶段3的末端处的电流密度，假定45,000ppm的海水TDS和30°C的溫度W及每阶段目标TDS 的两种不同的分布，如图10中所示。W下表3示出，当每阶段的TDS移除相同时，在第Ξ阶段 中的电流密度超过极限电流密度，但当第Ξ阶段仅必须将TDS从3，93化pm减少至50化pm时， 电流密度低于极限电流密度。
[0095] 表3与图10相关联的数据
[0096]
[0098] 根据一个或更多个实施方案，可W提供预测性的控制模式。预测性的控制模式可 W响应于在例如进料入口处测量的参数而预计下游条件。用多通道，在系统如在图4中示出 的系统的Ξ个阶段中的总滞留时间是约200秒。例如，进料水TDS和溫度的任何变化将不影 响在稀释流出物出口处的产物TDS和极限电流密度，直到若干分钟W后。在缺乏预测性控制 模式但代替地在最后的阶段中采用基于传感器的反馈控制的系统中，极化可能发生在施加 的电流能够被调节并且系统能够相应地响应之前。如较早所讨论的，在极化发生后，系统可 能迅速地变得不稳定并且变得对电流的进一步调节无响应。
[0099] 根据使用预测性控制模式的一个或更多个实施方案，初始的工艺控制器响应基于 进料水电导率、溫度测量结果和流量。每阶段待施加的电流可W使用工艺模型和电化学系 统的被调节的操作参数来计算。控制器可W被配置成起初"过冲确保极化不在稀释流出 物出口处发生。在时间延迟W允许系统响应之后，控制输出可W基于稀释流出物出口电导 率和流速的测量结果而被更精细地调整。
[0100] 预测性的控制模式还可W配置成解释随时间观察到的参数值的形式。例如，逐月、 逐天W及甚至在一天期间的进料水TDS和溫度的变化的形式可W被用于调节电化学系统的 操作参数。形式可W基于历史数据、气象数据等来预测。在另一个实施方案中，季节性、每日 或每小时的产物水需求的变化的形式可W被用于调节电化学系统的操作参数。流量可W被 相应地调节。施加的电流可W被控制W防止极化。在另一个实施方案中，电的成本的变化的 形式可W被用于调节电化学系统的操作参数。流量和电流可W被调节W最小化操作成本同 时确保极化将不发生。 实施例
[0101] 实施例1
[0102] 水处理系统被设计为使海水脱盐，用于再注入储油器中W增加油回收率。对于 90化pm的最终的TDS，所需的产物流量是16，000m3/天。总体水回收率将被保持在50 %。在表 4中示出的组成下，平均的海水TDS在20°C的溫度下是36,520ppm。
[0103] 表4在实施例1中的主要离子的浓度
[0104]
[0105] ~~比较用于电化学和CEDI队列W及阶段的两种可选择的构型。第一构型在图11中示I 出并且不包括在队列的下游的精制器装置，每个队列包括Ξ个阶段。第二构型在图12中示 出并且包括在队列的下游的精制器装置，每个队列仅包括两个阶段。如将在下文讨论的，具 有精制器装置的第二构型允许从液体进料流中更能量有效地移除TDS。
[0106] 使用基于计算机的工艺模型，针对每队列不同的产物流量来计算每单位产物的能 量消耗化Wh/m3)。表5给出用于模型中的关键膜性质并且表6给出关于电化学处理装置的规 格。
[0107] 表5用于工艺模型中的关键膜性质 [010 引
[0111]~~在所有情况下，每阶段的TDS移除被调节使得操作电流密度在每个阶段的出口处I 小于极限电流密度的90.9%。然后计算用于系统的队列和电化学处理装置的总数。
[011^ N=队列的数目=Qp/qp，舍入到最接近的整数
[0113] n =电化学处理装置=SN
[0114] 其中；
[0115] Qp =对于系统的总产物流量 [0116] qp =每队列的产物流量
[0117] S =在每个队列中串联的电化学处理装置的数目。例如，在图11中，S = 3。
[0118] 图11表示比较的构型中的第一个的示意图。图11示出具有并联的多个3阶段队列 660的系统。每个队列660接收待处理的液体605。随着液体605穿过相应的队列660的每个阶 段610,总溶解固体被移除W提供部分处理的液体635。在部分处理的液体635已经穿过队列 的所有阶段610W产生处理的液体645后，处理的液体645可W从各个队列660收集并且递送 至例如使用点。同时，来自浓缩流670的流动可W被引导至例如排放器。待处理的液体605可 W是海水。处理的液体645可W是饮用水。
[0119] 在每个队列中的稀释流动路径如在图9中示出。在图9中示出的多阶段电化学处理 系统500包括Ξ个阶段510。第一阶段510包括通过阻挡间隔件560分开的五个流道子单元 515。第一阶段和第二阶段510的电化学处理装置550的每个流道子单元515包括720个电池 对。第Ξ阶段510的前Ξ个子单元515中的每个包括720个电池对。最终的阶段510的最终的 Ξ个子单元515中的每个包括480个电池对。
[0120] 图12表示实施例1的比较的构型中的第二个的示意图。图12示出对于电化学装置 的另一个可能的构型。在此构型中，电化学系统700由并联的多个子系统(重复单元)组成。 在每个重复单元中，待处理的液体705进入队列760并且来自四个队列760(每个由串联的两 个阶段710组成）的产物被合并为至精制器装置780的进料W产生处理的液体745。使用该工 艺模型，针对不同的总体能量消耗来计算用于系统的重复单元的数目。包括最终精制阶段 780的每阶段710的TDS移除被再次调节W避免极限电流密度。如下计算电化学处理装置750 的数目，η:
[0121] n = U(STVr/R)
[0122] 其中；
[0123] U =重复单元的总数
[0124] S =在每个队列760中串联的电化学处理装置750的数目（在图12中的实施例中，S =2)
[0125] Τ =在每个重复单元中的队列760的数目（在图7中的实施例中，Τ = 4)
[0126] R =对精制器装置780进料的队列760的数目（在图12中的实施例中，R = 4)
[0127] 图13示出必需的电化学模块的总数相对于用于不同的模块构型的能量消耗。对于 给定的能量消耗，必需的电化学模块的总数在存在精制器阶段的情况下实际上较低，因为 每队列的产物流量可W被增加。如图12中所示的两阶段加精制器设计导致必需的模块的总 数减少约5%，W及相关联的资本设备（例如支撑滑道(suppod skid)、管道、阀、仪器和电 源)的相应的减少。
[012引实施例2
[0129] 水处理系统被设计成使海水脱盐为用于城市中使用的饮用水。对于5(K)ppm的最终 的TDS和40%的总体水回收率，所需的产物流量是140,00〇111^天。海水了05在30°0的溫度下 是45,000ppm。
[0130] 测试的第一构型是在图11中描绘的构型，其具有已经在上文描述的并联的多个Ξ 模块队列。在每个队列中的流动构型如在图9中示出。测试的第二构型是在图14中描绘的构 型。图14示出具有并联的多个队列860随后精制器装置880的重复单元800。此外，如在实施 例1中，在队列860的下游实施精制器装置880的系统能够实现更加能量有效的水处理，如图 16中所示。
[0131] 在图14中示出的系统800的每个单元中，待处理的液体805被引入队列860并且来 自Ξ个队列860(每个由串联的Ξ个阶段810组成）的产物被合并为至精制器模块880的进 料，其产生最终的处理的液体845。添加最终精制阶段880允许每队列的产物流量增加，同时 维持给定的总体能量消耗。每阶段810的TDS移除被调节使得操作电流密度在每个阶段的出 口处小于极限电流密度的90.9%。
[0132] 图15中示出的实施方案类似于图14的实施方案并且示出穿过重复单元的稀释流 动路径。在图15中示出的实施方案中，待处理的液体905被引入每个队列960的第一阶段 910。在队列960的第一阶段910中的每个流道子单元包括720个电池对。在每个队列960的第 Ξ阶段910中，电化学处理装置950的最终的Ξ个流道子单元各自包括480个电池对。精制器 装置980包括各自包括1，200个电池对的Ξ个流道子单元。系统900的并联的队列960 的数目 被选择使得在精制器阶段980的入口处的速度等于或大于在每个队列960中的最后的装置 950的出口处的速度。精制器装置980产生处理的液体945。
[0133] 图16示出必需的电化学模块的总数相对于用于在此实施例中使用的不同的模块 构型的能量消耗。工艺模型是与实施例1中相同的。必需的模块的总数对于在图14中描绘的 Ξ阶段加精制器设计相对于在图11中描绘的Ξ阶段设计是约8-11%更低，再次证明在队列 的下游的精制器装置的效用。
[0134] 本领域的技术人员将容易理解，本文所描述的各种构型意指是示例性的，并且实 际的构型将取决于本公开内容的水处理系统和方法所用于的具体应用。本领域的技术人员 将认识到或者能够仅仅使用常规实验确定本文所描述的具体实施方案的许多等同物。例 如，本领域的技术人员可W认识到，根据本公开内容的系统及其部件还可包括系统的网络 或是水处理系统的部件。因此，应当理解，前述实施方案仅通过实施例呈现并且在随附的权 利要求及其等同物的范围内，所公开的系统和方法可W除如具体描述的之外进行实践。本 系统和方法设及本文所描述的每个相应的特征或方法。此外，如果运样的特征、系统或方法 不相互矛盾，则两个或更多个运样的特征、系统或方法的任何组合包括在本公开内容的范 围内。
[0135] 此外，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。运样的改变、 修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图是在本公开内容的精神和范围内。例如， 现有的设施可W被修改，W利用或包含本公开内容的任何一个或更多个方面。因此，在某些 情况下，系统和方法可W设及将现有设施连接或配置至处理系统。因此，前述描述和附图仅 仅是举例。此外，附图中的描述不将本公开内容限制到特别说明的表述。
[0136] 如本文使用的，术语"多个"指的是两个或更多个项目或部件。术语"包括 (comprisin邑包括（includin邑）''、"携带（carryin邑）''、"具有含有（containin邑）''和 "包含（involving)"无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指"包 括但不限于"。因此，运样的术语的使用意指包括在其后列出的项目和其等效物，W及另外 的项目。仅过渡词组"由......组成"和"基本上由......组成"是分别相对于权利要求的封 闭的或半封闭的过渡词组。术语"流体连通"的使用应当被理解为包括W并联或串联布置配 置的装置。在权利要求中使用序数术语例如"第一"、"第二"、"第Ξ"及类似物来修饰权利要 求要素，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、优越或顺序或在其中 方法的动作被进行的时间顺序，而是仅用作为标记W区分具有某个名称的一个权利要求要 素与具有相同名称的另一个要素(但用于使用序数术语)W区分权利要求要素。
[0137]虽然本公开内容的示例性实施方案已经公开，但是可W在其中作出许多修改、添 加和删除，而不脱离如在随附权利要求中阐述的本公开内容及其等同物的精神和范围。
【主权项】
1. 一种操作多阶段电化学处理系统的方法，所述多阶段电化学处理系统具有第一阶段 和第二阶段，所述第一阶段具有包括第一电池堆的至少一个电化学处理装置，所述第二阶 段具有包括第二电池堆的至少一个电化学处理装置，所述第一阶段与所述第二阶段的上游 流体连通，所述方法包括： 将待处理的液体引入所述第一阶段的入口； 计算所述第一阶段的极限电流密度； 在所述第一阶段中以横跨所述第一电池堆的第一电流密度操作，所述第一电流密度低 于所述第一阶段的极限电流密度； 在所述第一阶段中，从所述液体中移除第一量的总溶解固体，以产生部分处理的液体； 从所述第一阶段的出口取出所述部分处理的液体； 将所述部分处理的液体引入所述第二阶段的入口； 计算所述第二阶段的极限电流密度； 在所述第二阶段中以横跨所述第二电池堆的第二电流密度操作，所述第二电流密度低 于所述第二阶段的极限电流密度； 在所述第二阶段中，从所述部分处理的液体中移除第二量的总溶解固体，以产生处理 的液体，所述第二量的总溶解固体少于所述第一量的总溶解固体;和 在所述第二阶段的出口处提供所述处理的液体。2. 如权利要求1所述的方法，其中在所述第一阶段中操作还包括在第一液体流速下操 作经过所述第一阶段，并且在所述第二阶段中操作包括在第二液体流速下操作经过所述第 二阶段，所述第二液体流速大于所述第一液体流速。3. 如权利要求1所述的方法，还包括在所述第一阶段的入口处测量所述待处理的液体 的总溶解固体浓度和流量。4. 如权利要求3所述的方法，其中计算所述第一阶段的极限电流密度包括部分地基于 所述待处理的液体的总溶解固体浓度和所述待处理的液体的流量计算所述第一阶段的极 限电流密度。5. 如权利要求4所述的方法，其中计算所述第二阶段的极限电流密度包括部分地基于 所述部分处理的液体的所测量的总溶解固体浓度和所述部分处理的液体的所测量的流量 计算所述第二阶段的极限电流密度。6. 如权利要求1所述的方法，其中在所述第一阶段的入口处，所述待处理的液体的总溶 解固体浓度大于约30,000ppm。7. 如权利要求6所述的方法，其中所述处理的液体的总溶解固体浓度小于约500ppm。8. -种用于处理液体的多阶段电化学处理系统，所述系统包括： 第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置； 第二阶段，其包括具有第二极限电流密度的电化学处理装置，所述第二阶段与所述第 一阶段的下游流体连通;和 控制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之间提供低于所述第一极限电 流密度的第一电流密度，并且被配置成在所述第二阶段中在第二组电极之间提供低于所述 第二极限电流密度的第二电流密度，所述第二电流密度不同于所述第一电流密度。9. 如权利要求8所述的系统，其中所述第一阶段还包括第一流速传感器和第一总溶解 固体浓度传感器。10. 如权利要求9所述的系统，其中所述第二阶段还包括第二流速传感器和第二总溶解 固体浓度传感器。11. 如权利要求10所述的系统，其中所述控制系统还被配置成部分地基于来自所述第 一流速传感器的第一输入信号和来自所述第一总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来 计算所述第一极限电流密度。12. 如权利要求11所述的系统，其中所述控制系统还被配置成部分地基于来自所述第 二流速传感器的第一输入信号和来自所述第二总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来 计算所述第二极限电流密度。13. 如权利要求8所述的系统，其中所述第一阶段的所述电化学处理装置包括第一总数 的电池对，并且所述第二阶段的所述电化学处理装置包括第二总数的电池对，所述第二总 数的电池对少于所述第一总数的电池对。14. 如权利要求8所述的系统，其中所述第二阶段的所述电化学处理装置还包括阻挡间 隔件，所述阻挡间隔件被配置成促进所述液体的多个流道穿过所述第二阶段的所述电化学 处理装置，所述阻挡间隔件被设置在第一流道子单元与第二流道子单元之间。15. 如权利要求14所述的系统，其中所述第一流道子单元包括第一总数的电池对，并且 所述第二流道子单元包括第二总数的电池对，所述第二总数的电池对少于所述第一总数的 电池对。16. 如权利要求8所述的系统，其中所述控制器被配置成提供在所述第一阶段中第一量 的总溶解固体从所述液体中的移除以及在所述第二阶段中第二量的总溶解固体从所述液 体中的移除，所述第一量的总溶解固体多于所述第二量的总溶解固体。17. 如权利要求8所述的系统，其中所述第一阶段的所述电化学处理装置包括电渗析装 置和电去离子装置中的一种。18. 如权利要求17所述的系统，其中所述第二阶段的所述电化学处理装置包括电渗析 装置和电去离子装置中的一种。19. 如权利要求8所述的系统，还包括具有第三极限电流密度的第三阶段，所述第三阶 段包括至少一个模块化电化学处理装置，所述第三阶段与所述第一阶段的下游流体连通并 且与所述第二阶段的上游流体连通。20. -种用于处理液体的多阶段电化学处理系统，所述系统包括： 第一电化学处理队列，其包括： 第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置;和 第二阶段，其包括具有不同于所述第一极限电流密度的第二极限电流密度的电化学处 理装置，所述第二阶段与所述第一阶段的下游流体连通； 第二电化学处理队列，其与所述第一电化学处理队列流体连通，所述第二电化学处理 队列包括： 第三阶段，其包括具有第三极限电流密度的电化学处理装置;和 第四阶段，所述第四阶段包括具有不同于所述第三极限电流密度的第四极限电流密度 的至少一个电化学处理装置，所述第四阶段与所述第三阶段的下游流体连通；以及 控制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之间提供低于所述第一极限电 流密度的第一电流密度，在所述第二阶段中在第二组电极之间提供低于所述第二极限电流 密度的、不同于所述第一电流密度的第二电流密度，在所述第三阶段中在第三组电极之间 提供低于所述第三极限电流密度的第三电流密度，以及在所述第四阶段中在第四组电极之 间提供低于所述第四极限电流密度的、不同于所述第三电流密度的第四电流密度。21. 如权利要求20所述的系统，还包括在所述第一电化学处理队列和所述第二电化学 处理队列的下游流体连接的精制器装置。22. 如权利要求21所述的系统，其中所述精制器装置是电渗析装置和电去离子装置中 的一种。23. 如权利要求22所述的系统，其中所述第一电化学处理队列被布置成与所述第二电 化学处理队列并联。
【专利摘要】公开的是预测极化的发生以及电化学系统将电流密度维持为低于极限电流密度且避免不稳定的设计和操作的方法。
【IPC分类】C02F9/06
【公开号】CN105555718
【申请号】CN201480035960
【发明人】梁荔乡, 黄祀和, 傅荣强
【申请人】伊沃夸水处理技术有限责任公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年6月25日
【公告号】EP3013760A1, WO2014210198A1
【技术领域】
[0001]本公开内容的一个或更多个方面大体上设及水处理，且更特别地设及用于在电化 学系统中处理水W控制浓差极化的系统和方法。
[000^ 概述
[0003] 本公开内容的一个或更多个方面提供操作多阶段电化学处理系统的方法。多阶段 电化学处理系统可W具有第一阶段和第二阶段，所述第一阶段具有包括第一电池堆的至少 一个电化学处理装置，所述第二阶段具有包括第二电池堆的至少一个电化学处理装置，所 述第一阶段与所述第二阶段的上游流体连通。方法可W包括将待处理的液体引入所述第一 阶段的入口。方法可W包括计算所述第一阶段的极限电流密度。方法可W包括在所述第一 阶段中W横跨所述第一电池堆的第一电流密度操作，所述第一电流密度低于所述第一阶段 的极限电流密度。方法可W包括在所述第一阶段中从所述液体中移除第一量的总溶解固 体，W产生部分处理的液体。方法可W包括从所述第一阶段的出口取出所述部分处理的液 体。方法可W包括将所述部分处理的液体引入所述第二阶段的入口。方法可W包括计算所 述第二阶段的极限电流密度。方法可W包括在所述第二阶段中W横跨所述第二电池堆的第 二电流密度操作，所述第二电流密度低于所述第二阶段的极限电流密度。方法可W包括在 所述第二阶段中从所述部分处理的液体中移除第二量的总溶解固体，W产生处理的液体， 所述第二量的总溶解固体少于所述第一量的总溶解固体。方法可W包括在所述第二阶段的 出口处提供所述处理的液体。
[0004] 方法还可W包括在第一液体流速下操作经过所述第一阶段，并且在所述第二阶段 中操作包括在第二液体流速下操作经过所述第二阶段，所述第二液体流速大于所述第一液 体流速。方法还可W包括在所述第一阶段的入口处测量所述待处理的液体的总溶解固体浓 度和流量。方法还可W包括部分地基于所述待处理的液体的总溶解固体浓度和所述待处理 的液体的流量计算所述第一阶段的极限电流密度。方法还可W包括部分地基于所述部分处 理的液体的所测量的总溶解固体浓度和所述部分处理的液体的所测量的流量计算所述第 二阶段的极限电流密度。在所述第一阶段的入口处，所述待处理的液体的总溶解固体浓度 可W大于约30，OOOppm。所述处理的液体的总溶解固体浓度可W小于约50化pm。
[0005] 本公开内容的一个或更多个方面提供用于处理液体的多阶段电化学处理系统。系 统可W包括第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置。系统可W包括第 二阶段，其包括具有第二极限电流密度的电化学处理装置，所述第二阶段与所述第一阶段 的下游流体连通。系统可W包括控制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之 间提供低于所述第一极限电流密度的第一电流密度，并且被配置成在所述第二阶段中在第 二组电极之间提供低于所述第二极限电流密度的第二电流密度，所述第二电流密度不同于 所述第一电流密度。
[0006] 所述系统的所述第一阶段还可W包括第一流速传感器和第一总溶解固体浓度传 感器。所述系统的所述第二阶段还可W包括第二流速传感器和第二总溶解固体浓度传感 器。所述控制系统还可W被配置成部分地基于来自所述第一流速传感器的第一输入信号和 来自所述第一总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来计算所述第一极限电流密度。所述 控制系统还可W被配置成部分地基于来自所述第二流速传感器的第一输入信号和来自所 述第二总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来计算所述第二极限电流密度。所述第一阶 段的所述电化学处理装置可W包括第一总数的电池对，并且所述第二阶段的所述电化学处 理装置可W包括第二总数的电池对，所述第二总数的电池对少于所述第一总数的电池对。 所述第一阶段或第二阶段的所述电化学处理装置还可W包括阻挡间隔件，所述阻挡间隔件 被配置成促进所述液体的多个流道(flow pass)穿过所述第二阶段的所述电化学处理装 置。所述阻挡间隔件可W被设置在第一流道子单元与第二流道子单元之间。
[0007] 所述系统的所述第一流道子单元可W包括第一总数的电池对，并且所述第二流道 子单元可W包括第二总数的电池对，所述第二总数的电池对少于所述第一总数的电池对。 所述控制器可W被配置成提供在所述第一阶段中第一量的总溶解固体从所述液体中的移 除W及在所述第二阶段中第二量的总溶解固体从所述液体中的移除，所述第一量的总溶解 固体多于所述第二量的总溶解固体。所述第一阶段的所述电化学处理装置可W包括电渗析 装置和电去离子装置(electrodeionization device)中的一种。所述第二阶段的所述电化 学处理装置可W包括电渗析装置和电去离子装置中的一种。所述系统还可W包括具有第Ξ 极限电流密度的第Ξ阶段，所述第Ξ阶段包括至少一个模块化电化学处理装置，所述第Ξ 阶段与所述第一阶段的下游流体连通并且与所述第二阶段的上游流体连通。
[0008] 本公开内容的一个或更多个方面提供用于处理液体的多阶段电化学处理系统。系 统可W包括第一电化学处理队列（first elechochemical heatment train)。第一电化 学处理队列可W包括第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置。第一电 化学处理队列可W包括第二阶段，其包括具有不同于所述第一极限电流密度的第二极限电 流密度的电化学处理装置，所述第二阶段与所述第一阶段的下游流体连通。系统可W包括 与第一电化学处理队列流体连通的第二电化学处理队列。第二电化学处理队列可W包括第 Ξ阶段，其包括具有第Ξ极限电流密度的电化学处理装置。第二电化学处理队列可W包括 第四阶段，所述第四阶段包括具有不同于所述第Ξ极限电流密度的第四极限电流密度的至 少一个电化学处理装置，所述第四阶段与所述第Ξ阶段的下游流体连通。系统可W包括控 制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之间提供低于所述第一极限电流密度 的第一电流密度，在所述第二阶段中在第二组电极之间提供低于所述第二极限电流密度 的、不同于所述第一电流密度的第二电流密度，在所述第Ξ阶段中在第Ξ组电极之间提供 低于所述第Ξ极限电流密度的第Ξ电流密度，W及在所述第四阶段中在第四组电极之间提 供低于所述第四极限电流密度的、不同于所述第Ξ电流密度的第四电流密度。
[0009] 系统还可W包括在所述第一电化学处理队列和所述第二电化学处理队列的下游 流体连接的精制器装置(polisher device)。所述精制器装置可W是电渗析装置和电去离 子装置中的一种。所述第一电化学处理队列可W被布置成与所述第二电化学处理队列并 列。
【附图说明】
[0010] 附图并不意图是按比例绘制。为了清楚的目的，不是每一个部件可W标记在附图 中，也不是在图示对于允许本领域的普通技术人员理解本公开内容不是必要的地方都示出 了本公开内容的每个实施方案的每一个部件。
[0011] 图1呈现在电渗析化D)系统的电池对中的浓度分布；
[0012] 图2呈现靠近电化学系统的阳离子交换膜的Na+离子的浓度分布；
[0013] 图3呈现在极化即将发生的情况下的Na+离子的浓度分布；
[0014] 图4呈现根据实施方案的多阶段电化学处理系统的示意图；
[0015] 图5呈现根据实施方案的系统的每阶段的总溶解固体(TDS)移除的图；
[0016] 图6呈现根据实施方案的系统的每阶段的TDS移除的图；
[0017] 图7呈现根据实施方案的系统的每阶段对于各种进料浓度的TDS移除的图；
[0018] 图8呈现根据实施方案的系统的每阶段对于各种进料浓度的电流的图；
[0019] 图9呈现根据实施方案的每阶段或每子阶段的、具有不同的电池对的多阶段电化 学系统的示意图；
[0020] 图10呈现根据实施方案的系统的每阶段的TDS移除的图；
[0021] 图11呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；
[0022] 图12呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；
[0023] 图13呈现对于根据实施方案的两个系统比较能量模块的数目与能量消耗的图；
[0024] 图14呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；
[0025] 图15呈现根据实施方案的具有并联的多个队列的多阶段电化学系统的示意图；W 及
[0026] 图16呈现比较根据实施方案的两个系统的能量模块的数目与能量消耗的图。
[0027] 详细描述
[0028] 用于用电场净化流体的电化学系统可W用于处理含有溶解的离子物质的水和其 他液体。W运种方式处理水的两种类型的电化学处理装置是电去离子装置和电渗析装置。
[0029] 电去离子化DI)是使用电活性介质和电势从水中移除一种或更多种电离的或可电 离的物质或至少减少所述一种或更多种电离的或可电离的物质的浓度W影响离子运输的 工艺。电活性介质通常由源自水分子在邸I装置内的电解(分解)的离子产生。连续电去离子 (C抓I)装置是W其中水净化可W连续地进行同时离子交换材料连续地再生的方式操作的 邸I装置。
[0030] 电渗析化D)装置W与CEDI类似的原理操作，除了抓装置通常在膜之间不包含电活 性介质。在基于ED的系统中，因为不存在电活性介质，所W水分子的分解不必要地消耗能 量，运降低了系统的操作效率。W其中发生水分子的分解的方案操作基于抓的系统是期望 地被避免的。
[0031] 电化学处理装置通常包括由交替的电活性的半渗透性阴离子交换膜和阳离子交 换膜构成的电池堆。在膜之间的间隔界定具有入口和出口的液体流动隔室。经由电极强加 的施加的电场引起溶解的阳离子被吸引至电化学装置的阴极，W迁移穿过电化学装置的阳 离子交换膜，而溶解的阴离子被吸引至电化学装置的阳极，迁移穿过电化学装置的阴离子 交换膜。随着水流经耗尽隔室，通常在电场比如直流(DC)场的影响下将离子和其他带电物 质吸引到浓缩隔室中。带正电荷的物质 朝向通常位于多个耗尽隔室和浓缩隔室的堆的一端 处的阴极吸引，并且同样地，带负电荷的物质朝向运样的装置的通常位于隔室的堆的相对 端处的阳极吸引。
[0032] 离子在施加的电场的影响下迁移穿过电化学装置的膜导致稀释隔室的液体被耗 尽离子，并且浓缩隔室中的液体富有被转移的离子，如在2012年6月29日提交的、题为 巧lectrodesalination System and Method"的专利申请第PCT/US2012/044937号中所讨 论的，该专利申请为了所有目的据此通过引用W其整体并入。在电化学装置中，通常从被施 加于包括阳极(或正极)和阴极(或负极）的一组电极的电压和电流的源将DC场施加于电池。 电压源和电流源(共同地称为"电源"）可W通过多种手段比如AC电源或例如源自太阳能、风 能或波浪能的电源来给自身提供动力。
[0033] 在水分解发生之前在电化学系统中可实现的最大电流被称为极限电流。当离子从 本体稀溶液转移至膜表面的速率低于离子穿过膜转移的速率时，电流极限发生在电渗析系 统中。膜表面处的离子的浓度接近零。结果是驱动电流所需的电压、在膜表面处的水分解W 及不稳定的操作的快速增加。已经研发了关于作为本体浓度和流速的函数的极限电流的经 验等式。经常期望的是，在电化学系统的操作期间避免超过极限电流。
[0034] 在电化学操作期间，离子在靠近膜表面的溶液中的浓度不同于在流动隔室的本体 中的浓度。运种现象被称作浓差极化，Strathmann,H.2004. Ion exchange membrane separation processes;Membr曰ne Science and Technology Series,9.Elsevier。在极化 的极端情况下，在稀释隔室中的离子浓度在膜表面处接近零并且电流极限发生。在实验室 操作和中试操作方面的经验表明，在达到极限电流后，仅可W困难地恢复稳定性。补救行动 可能需要例如关掉电源并允许进料水未去离子地流经稀释隔室或用高盐度水冲洗模块。
[0035] 在商业脱盐工厂中，使模块脱机W恢复稳定性是不期望的。因此，在电化学系统的 设计和操作中，防止电流极限连同能量消耗和资本成本一起经常是优先考虑的事。
[0036] 图1示出在电化学装置的电池中的离子在溶液中的理想化的浓度分布，W图示浓 差极化。为了简单起见，假定溶液仅包含化C1。假定离子的浓度在稀释流和浓缩流的本体中 是一致的。在邻近膜的边界层内，溶液穿过电池的流动是层流的并且平行于膜表面，因此没 有对流混合。边界层的厚度取决于本体溶液中的速度。
[0037] 图2示出靠近阳离子交换膜(CEM)的化+浓度的分布。假定膜是完美地选择性的，由 于DC电场，仅化+离子被转移穿过阳离子交换膜(CEM)。在边界层中，化+离子通过由于电场的 "迁移"和通过由于浓度梯度的扩散而从本体溶液转移至膜表面。化+穿过膜和邻近的边界 层的转移速率是相同的。由于电中性，cr离子的浓度具有与化+离子相同的分布。
[0038] 类似地，cr浓度在邻近阴离子交换膜(AEM)的边界层中降低并且再次由于电中 性，Na+离子的浓度分布与Cr离子的浓度分布相同。化+和Cr离子的浓度分布因此被假定是 相同的，并因此由如图1中关于NaCl的分布表示。
[0039] 图3示出在稀释流被进一步脱盐并且电流极限即将发生时的浓度分布。在稀释流 的本体中的离子浓度已经降低至在膜表面处相应的浓度接近零的点。大致线性地依赖于浓 度的稀释流电导率也降低至零。驱动电流穿过稀释流-膜界面所必需的电势因此急剧增加。 只有在水分解发生W供应H+和or离子来提供电导率时，进一步的电流转移才是可能的。
[0040] 在实际的电化学操作中的浓差极化通常比图1-3中图示的更复杂。例如，在流动隔 室中可W被用来将膜保持分开的网状物可W促进流体混合。取决于网状物几何结构和雷诺 数，网状物还可W在网状物的线的下游产生滞流区(被称为"阴影效应"）。如图1中示出的简 单的边界层可能因此对于实际的电化学装置不是完全准确的。此外，离子交换膜不是完美 地选择性的，并且水由于电渗透和渗透也被运输穿过膜。两种现象均影响在紧邻膜表面的 溶液中的离子分布。
[0041] 对极化和电流极限的数学上精密分析可能需要包含流体力学、传质、电化学和化 学平衡的有限单元逼近。可能需要超级计算机。
[0042] 因此，研究者已经在建模极化时依靠用于极限电流的经验等式，例如：
[0043] i楓艮=a C ub (1)
[0044] 其中；
[0045] i楓g=极限电流密度
[0046] C =本体浓度
[0047] u =本体速度
[004引a，b =由实验数据确定的常数
[0049] 等式1可W按需要被用于计算极限电流密度的更复杂的算法替换。算法可W考虑 在所关注的特定电化学装置中的膜性质、网状物设计、膜之间的间距、或其他性质。
[0050] 为了避免极化，所施加的电流密度必须低于在稀释流中的任何点处的极限电流密 度。等式示出，is跟随着本体浓度接近零而降低至最小值。因此，预期的是，极化的风险在稀 释流的出口处是最高的。
[0051] 因为极限电流密度通过增加正在被处理的流体的本体速度和本体浓度而增加，所 W对运些变量的适当控制可W帮助产生其中极限电流密度不被超过的系统。
[0052] 电流密度可W被理解为电流除W电流穿过的面积。在电化学处理系统的上下文 中，电流穿过的面积可W是与正在被处理的液体接触的膜的表面。
[0053] 本文公开的是多阶段电化学处理系统和用于W有效的方式操作那些系统同时避 免在产生超过极限电流密度的施加的电流密度的电流下操作的方法。公开的方法还可W帮 助预测极化的发生W及电化学系统将电流维持为低于极限电流密度且避免不稳定的设计 和操作。公开的系统和方法可W减少对于给定的产物流量所需的电化学装置的数目（并且 因此资本成本）。
[0054] 在开发和操作有效地避免极限电流密度的电化学处理系统中可W考虑许多因素。 在产生和操作在不超过极限电流密度的情况下处理水的电化学系统中，可W期望的是，能 量消耗和资本成本被最小化。类似地，可W期望的是，水回收率和产物流量被最大化。系统 设计和操作可W设及某些权衡。例如，在某些系统中增加产物流量还可能需要能量消耗的 增加。系统的操作还可W解释(account for)输入变量，例如进料水组成和溫度。
[0055] 对电化学脱盐系统的操作者可用的控制变量包括施加的电流、施加的电压、流的 溫度、流的离子浓度或TDS浓度、流量和流速。例如，为了防止在用于海水脱盐的电化学操作 中的极化，根据一个或更多个实施方案，液体在稀释隔室中的速度可W在脱盐过程的稍后 阶段中被增加。避免极限电流密度可W导致较低的模块电阻(module resistanceK即较低 的能量消耗）、较低的结垢风险（即Of离子的产生减少）、和改善的电流效率（即减少的模块 电阻W及电短路或漏电的风险减少）。
[0056] 功率消耗可W受到在处理的特定阶段和对于特定的进料概况所选择的电化学装 置的类型影响。例如，包含在邸I模块中的离子交换树脂有助于减少当水的电导率低时的施 加的电压。如果EDI模块被用在海水上，则离子交换树脂在稀释隔室中的影响是小的。相反 地，如果在邸模块中的水太纯，则高电阻将产生，运促成过量的功率消耗。
[0057] 公开的处理系统和方法可W被用于多种目的。例如，待由电化学装置处理的流入 液或液体可W包括盐溶液。盐溶液可W包含单一盐物质或盐物质的混合物，例如，如可W在 海水中存在的。在至少一个实施方案中，产生的处理的液体可W包括饮用水。饮用水通常具 有小于约1，5(K)ppm的总溶解固体(TDS)含量。在某些实施方案中，加工的饮用水可W具有小 于约l，0(K)ppm的TDS。在某些实施方案中，加工的饮用水可W具有小于约5(K)ppm的TDS含量。 在某些非限制性实施方案中，加工的饮用水可W具有小于约25化pm的TDS含量。
[0058] 可W根据本文公开的实施方案处理的非饮用水的实例可W包括海水或盐水、微咸 水、灰水(gray water)、和某些工业用水。待处理的流入液或液体可W包括目标物质，例如 氯化物、硫酸盐、漠化物、娃酸盐、舰化物、憐酸盐、钢、儀、巧、钟、硝酸盐、神、裡、棚、锁、钢、 儘、侣、儒、铭、钻、铜、铁、铅、儀、砸、银和/或锋。根据一个或更多个实施方案，方法包括处理 其中待处理的液体包含溶质混合物的海水或微咸水。在某些实施方案中，在待处理的液体 中的单价离子相比于二价离子和其他多价离子的浓度可W是处于较高浓度。本文中提及的 海水一般可适用于其他形式的非饮用水。
[0059] 如本文使用的，"处理的"设及将水源水中的TDS含量减少至或将水源水中的悬浮 固体、胶状内容物和电离的与非电离的杂质的浓度减少至W下的水平:其中净化的水已被 使得适于饮用并且可W被用于淡水目的，例如但不限于人类和动物消耗、灌概、和工业应 用。脱盐是其中盐从诸如微咸水或海水的水中移除的净化类型。一个或更多个实施方案可 W属于海水的脱盐。待处理的液体可W来自多种源，包括具有在约3,0(K)ppm和约40,000ppm 之间或更多的TDS含量的源。待处理的液体可W是例如来自海洋的海水、微咸水、灰水、工业 流出物和注油回收水(oil fill recovery water)。待处理的液体可W包含高水平的单价 盐、二价盐和多价盐、W及有机物质。在某些实施方案中，值得注意的方面可W设及处理或 脱盐包括海水的待处理的液体的方法。待处理的液体可W被加工成期望的或所需的纯度水 平。
[0060] 根据一个或更多个实施方案，电化学处理装置可W是模块化的。每个模块化单元 通常可W作为总体电化学分离系统的子块（sub-block)或子单元起作用。模块化单元可W 包括任何期望数目的电池对。在某些实施方案中，每模 块化单元的电池对的数目可W取决 于在分离装置中的电池对和通道(pass)的总数。多个模块化单元然后可W被组装在一起W 在电化学分离系统中提供总意图数目的电池对。模块化还可W通过允许诊断、分离、移除和 替换相应的模块化单元而有利于系统维护。相应的模块化单元可W包括歧管装置和流动分 配系统W有利于电化学分离过程。相应的模块化单元可W彼此流体连通W及与中屯、歧管装 置和与总体电化学分离过程相关联的其他系统流体连通。
[0061] 此外，电化学装置可W被修改，使得存在穿过单个装置的多个通道。在将阻挡间隔 件(blocking spacer)或阻挡膜放置在电化学处理装置内、模块化单元之间、或模块化单元 内的情况下，多通道流动构型可W是可能的。穿过其形成流道的电化学处理装置的部分可 W被称作流道子单元。阻挡膜或阻挡间隔件可W被设置在多通道流动构型中的两个流道子 单元之间。根据一个或更多个实施方案，在相同的电化学模块中，速度可W通过减少在电化 学装置中的每流道子单元的电池对的数目而被增加。被配置成用于多通道流动的装置还可 W被称作折叠路径装置(folded path device)。
[0062] -个或更多个模块可W包括流道子单元。一个或更多个模块或流道子单元可W包 括电化学分离系统的阶段。一个或更多个电化学处理装置可W包括阶段。
[0063] 根据一个或更多个实施方案，系统可W包括在处理过程的末端处的从正在经历处 理的液体中移除溶解固体的最后的部分的精制器装置。精制器装置或模块可W是电渗析装 置或电去离子装置。在运样的实施方案中，对于给定的产物流量，所需的电化学装置的数目 可W被减少。最终精制步骤还可W被用于增加地移除特定的溶解组分例如棚，特别是在其 中化学品的注入被进行的实施方式中。
[0064] 除了模块资本成本的减少，精制器装置的使用具有其他潜在的益处。例如，根据实 施方案，棚移除可W在大部分的TDS从正在经历处理的水中移除之后在最终精制阶段中进 行。如果稀释流的pH被增加到~11同时电导率下降到低于2mS/cm (对应于约1，150ppm的 TDS)，则棚可W从海水中的约2.28ppm的初始值移除至在约0.51mS/cm(~25化pm的TDS)的 产物电导率下的约〇.95ppm。根据另一个实施方案，精制器装置可W包含在交换较高电阻中 比可选择的膜具有较低渗透水损失的膜。具有较低渗透水损失的膜的益处可能比与较高电 阻相关联的能量成本重要。
[0065] 根据一个或更多个实施方案，可W设置一个或更多个传感器W检测通常与系统相 关联的任何流、组件、或子系统的一个或更多个特性、条件、性质或状态。在某些实施方案 中，传感器中的一个或更多个可W配置成检测目标物质在进入或离开装置的流中的浓度。 在一个实施方案中，可W设置一个或更多个传感器W检测在装置的一个或更多个隔室的入 口和/或出口处的W及在系统的各个阶段中的浓度。可W设置一个或更多个传感器W检测 在装置的一个或更多个隔室的入口或出口处的抑水平。压力传感器可W与装置的一个或更 多个隔室相关联。可W实施用于检测TDS的传感器。可W实施用于检测流量或流速的传感 器。
[0066] -个或更多个传感器可W提供进入装置中、来自装置或在装置内的流的性质或特 性的表现或穿过装置或横跨电池堆施加的电流的性质或特性的表现。例如，所述一个或更 多个传感器可W配置成测量并且提供工艺条件例如离开任何隔室的任何流的抑的表现，例 如测量的信号。所述一个或更多个传感器还可W提供进入系统中、来自系统或在系统内的 任何流的测量的电导率或电阻率值。
[0067] 控制器可W被用于调节或调整装置或系统的部件的至少一个操作参数，例如，但 不限于，启动阀(actuating valve)和累，W及调节穿过电化学处理装置的电流或施加的电 场的性质或特性。控制器可W与配置成检测系统的至少一个操作参数的至少一个传感器电 连通。控制器通常可W配置成响应于由传感器产生的信号而产生控制信号W调节一个或更 多个操作参数。例如，控制器可W配置成接收装置的任何流、部件、或子系统的条件、性质或 状态的表现，或从装置接收该表现。控制器可W包括算法，该算法有利于至少一种输出信号 的产生W控制系统的操作，该系统的操作可W基于一种或更多种目标的或期望的值例如设 定点。
[0068] 在多阶段电化学处理系统中处理进料水之前，可W采用多种预处理程序。例如，预 处理技术可W被用于W下的进料水:所述进料水可W包含可W例如通过结垢或污染干扰或 降低任何阶段或装置的效率的固体或其他材料。任选的初始处理可W被提供W移除悬浮固 体、胶状物质和/或高分子量的溶质中的至少一部分。预处理过程可W在电化学处理装置的 上游进行，并且可W包括例如微粒过滤(particulate filtration)、砂滤、碳滤、超滤、纳滤 (nanof i 1 tration)、微滤例如交叉流微滤、其组合、W及其他设及微粒的减少的分离方法。 对进料水的抑或碱度的调节还可W通过例如添加酸、碱或缓冲剂或经过通气来进行。电化 学分离可W在任何预处理操作之后W提供具有期望的最终纯度的水。
[0069] 辅助的部件和/或子系统可W包括配合地允许系统的操作的管子、累、罐、电源和 分配子系统。
[0070] 根据一个或更多个实施方案，电化学处理系统可W被用于海水脱盐。电化学处理 系统可W包括可W并联或串联地W管子连接的许多模块化的子块。
[0071] 在每个电化学处理装置内的流动路径可W包括处理的流体穿过内部的流道子单 元的多个通道。
[0072] 每流道子单元的电池对的数目在系统内可W变化。例如，根据等式1，每通道的电 池对的数目可W在经过阶段的最后几个通道中被减少W增加在稀释流中的流速并且从而 增加极限电流密度。
[0073] 图4示出例如多阶段电化学系统400,其具有串联的Ξ个阶段(每个阶段410包括电 化学处理装置450,例如电渗析装置）W及在最后的阶段410中的每流道子单元415的减少的 电池对。在图4中公开的实施方案中，在前两个阶段410中的每个中存在五个通道415,每个 通道包含540个并联的电池对。在最后的阶段中，每流道子单元415的电池对的数目在第二 通道至最后的通道中被减少到360个电池对W及最终对于最终的流道子单元415被减少到 180个电池对。待处理的液体405可W被引入系统400的第一阶段410的入口。液体405的多通 道流动路径可W通过阻挡间隔件460来促进，所述阻挡间隔件460引导往回流动穿过电化学 处理装置450。其他阻挡间隔件(未示出）可W设置在阶段410的其他流道子单元415之间。
[0074] 电化学处理装置450可W包括由交替的阴离子交换膜和阳离子交换膜构成的一个 或更多个电池堆，其在界定具有入口和出口的液体流动隔室的膜之间具有间隔。包括阴极 和阳极的一组电极可W被设置在所述一个或更多个电池堆的任一端上W产生横跨电池堆 的电流。第一阶段410的电化学处理装置450可W被操作W处理液体405。第一量的总溶解固 体可W从液体405中移除W产生部分处理的液体435。部分处理的液体435可W从第一阶段 410的出口取出。
[0075] 图4中示出的实施方案包括Ξ个阶段。然而，系统400可W具有两个或更多个阶段。 在系统410的最终的阶段，一个或更多个电化学处理装置450可W通过横跨电池堆施加电流 来操作W从部分处理的液体435中移除第二量的总溶解固体，W产生处理的液体445。处理 的液体445可W在最终的阶段410的出口处被提供。
[0076] 在下文讨论的另外的实施方案例如图11中示出的实施方案中，多个阶段610可W 形成队列660。电化学系统600可W包括串联、并联或两者的多个队列660。大型市政或工业 电化学系统可能需要许多并联的电化学队列，每个队列具有许多串联的阶段610。对于来自 系统的给定的产物流量，非一致的TDS移除可能增加电化学装置650的总数并且因此增加相 关联的资本成本。
[0077] 根据一个或更多个实施方案，提供了用于控制电化学系统的方法。先前提出的控 制方法已经设及直接的反馈回路。例如，产物的电导率用传感器来测量并且被传输至工艺 控制器。然后，控制器使用诸如PID(比例-积分-微分)的算法改变施加的电流W最小化与电 导率设定点的任何偏差。
[0078] 根据一个或更多个实施方案，包括电渗析模块和电去离子模块的电脱盐系统的功 率消耗和浓差极化可W通过向多阶段系统的每个阶段施加不同的电压而减少。来自第一阶 段的水可W被转移至第二阶段并且然后转移至第Ξ阶段W及再往后。较高的电压和/或较 大的电流密度可W被用于W下的阶段:在所述阶段中，在待被脱盐的水中的离子内容物的 量较大并且然后随着水变得更纯而减少，使得稍后的阶段具有较低的电流密度。
[0079] 在具有多个阶段的电脱盐系统中，电渗析模块可W朝向海水入口来使用并且电去 离子模块可W在水已经被部分净化之后稍后用于工艺中。
[0080] 根据一个或更多个实施方案，每阶段移除的TDS的量可W有意地改变。例如，系统 可W被配置成使得TDS移除被前置(打ontload)，使得在一个或更多个稍后的或下游的阶段 比在一个或更多个较早的或上游的阶段移除更小量的TDS。运样的构型对于实现目标TDS移 除而没有超过极限电流密度可能是有利的，因为在某些情况下，如果每阶段的TDS减少是相 同的，则施加的电流密度在阶段的出口处可能超过极限电流密度。例如，图5呈现了每阶段 的TDS移除的图，其中移除速率在整个系统如在图4中示出的系统中是恒定的。W下的表1指 示对于此系统的极限电流密度和施加的电流密度。
[0081] 在此实例中使用W下等式来计算极限电流：
[0082] i楓艮=〇.〇2264C ιΛ閒33
[0083] 其中；
[0084] i楓g= WA/m2的单位的极限电流密度
[0085] C=Wppm的本体浓度 [00化] u=Wcm/s的本体速度
[0087] 在阶段3-2和3-3中，施加的电流密度将超过极限电流密度，因此引起极化，不期望 的条件。
[0088] 表1与图5相关联的数据
[0089]
[0090] 在一个实施方案中，防止在稀释流出物出口处极化的一种方法是减少在最后的阶 段中的TDS移除，如在图6中所示。图6呈现了每阶段的TDS移除的图，其中TDS移除速率在如 图4中示出的系统的系统中在最终的阶段处减小。W下的表2指示对于此系统的极限电流密 度和施加的电流密度。与其中TDS移除在整个所有阶段中是一致的实施方案对照，表2指示， 在系统的阶段3-2和3-3中的施加的电流密度将保持为低于极限电流密度并且极化将被避 免。
[0091] 表2与图6相关联的数据
[0092]
[0093] TDS分布可W被调节W防止由于待处理的液体的TDS(例如海水）的极化。图7示出 例如被进料至系统的入口的各种液体的TDS分布，所述系统如图4中示出的系统被布置。由 进料中的每一种导致的产物流量随着进料TDS从30,000ppm变化至34,000ppm而被维持在 3.40m3A。然后，在权衡中，能量消耗随着进料TDS增加而增加。
[0094] 每阶段的目标TDS可W通过控制施加的电流来实现，如图8中所示。在某些操作条 件下，增加最后的通道中的流速可能不足W避免极限电流密度。除了增加速度之外还减少 最后的阶段中的TDS移除可能是避免极限电流密度的一种方法。例如，计算在示例性的系统 的阶段3的末端处的电流密度，假定45,000ppm的海水TDS和30°C的溫度W及每阶段目标TDS 的两种不同的分布，如图10中所示。W下表3示出，当每阶段的TDS移除相同时，在第Ξ阶段 中的电流密度超过极限电流密度，但当第Ξ阶段仅必须将TDS从3，93化pm减少至50化pm时， 电流密度低于极限电流密度。
[0095] 表3与图10相关联的数据
[0096]
[0098] 根据一个或更多个实施方案，可W提供预测性的控制模式。预测性的控制模式可 W响应于在例如进料入口处测量的参数而预计下游条件。用多通道，在系统如在图4中示出 的系统的Ξ个阶段中的总滞留时间是约200秒。例如，进料水TDS和溫度的任何变化将不影 响在稀释流出物出口处的产物TDS和极限电流密度，直到若干分钟W后。在缺乏预测性控制 模式但代替地在最后的阶段中采用基于传感器的反馈控制的系统中，极化可能发生在施加 的电流能够被调节并且系统能够相应地响应之前。如较早所讨论的，在极化发生后，系统可 能迅速地变得不稳定并且变得对电流的进一步调节无响应。
[0099] 根据使用预测性控制模式的一个或更多个实施方案，初始的工艺控制器响应基于 进料水电导率、溫度测量结果和流量。每阶段待施加的电流可W使用工艺模型和电化学系 统的被调节的操作参数来计算。控制器可W被配置成起初"过冲确保极化不在稀释流出 物出口处发生。在时间延迟W允许系统响应之后，控制输出可W基于稀释流出物出口电导 率和流速的测量结果而被更精细地调整。
[0100] 预测性的控制模式还可W配置成解释随时间观察到的参数值的形式。例如，逐月、 逐天W及甚至在一天期间的进料水TDS和溫度的变化的形式可W被用于调节电化学系统的 操作参数。形式可W基于历史数据、气象数据等来预测。在另一个实施方案中，季节性、每日 或每小时的产物水需求的变化的形式可W被用于调节电化学系统的操作参数。流量可W被 相应地调节。施加的电流可W被控制W防止极化。在另一个实施方案中，电的成本的变化的 形式可W被用于调节电化学系统的操作参数。流量和电流可W被调节W最小化操作成本同 时确保极化将不发生。 实施例
[0101] 实施例1
[0102] 水处理系统被设计为使海水脱盐，用于再注入储油器中W增加油回收率。对于 90化pm的最终的TDS，所需的产物流量是16，000m3/天。总体水回收率将被保持在50 %。在表 4中示出的组成下，平均的海水TDS在20°C的溫度下是36,520ppm。
[0103] 表4在实施例1中的主要离子的浓度
[0104]
[0105] ~~比较用于电化学和CEDI队列W及阶段的两种可选择的构型。第一构型在图11中示I 出并且不包括在队列的下游的精制器装置，每个队列包括Ξ个阶段。第二构型在图12中示 出并且包括在队列的下游的精制器装置，每个队列仅包括两个阶段。如将在下文讨论的，具 有精制器装置的第二构型允许从液体进料流中更能量有效地移除TDS。
[0106] 使用基于计算机的工艺模型，针对每队列不同的产物流量来计算每单位产物的能 量消耗化Wh/m3)。表5给出用于模型中的关键膜性质并且表6给出关于电化学处理装置的规 格。
[0107] 表5用于工艺模型中的关键膜性质 [010 引
[0111]~~在所有情况下，每阶段的TDS移除被调节使得操作电流密度在每个阶段的出口处I 小于极限电流密度的90.9%。然后计算用于系统的队列和电化学处理装置的总数。
[011^ N=队列的数目=Qp/qp，舍入到最接近的整数
[0113] n =电化学处理装置=SN
[0114] 其中；
[0115] Qp =对于系统的总产物流量 [0116] qp =每队列的产物流量
[0117] S =在每个队列中串联的电化学处理装置的数目。例如，在图11中，S = 3。
[0118] 图11表示比较的构型中的第一个的示意图。图11示出具有并联的多个3阶段队列 660的系统。每个队列660接收待处理的液体605。随着液体605穿过相应的队列660的每个阶 段610,总溶解固体被移除W提供部分处理的液体635。在部分处理的液体635已经穿过队列 的所有阶段610W产生处理的液体645后，处理的液体645可W从各个队列660收集并且递送 至例如使用点。同时，来自浓缩流670的流动可W被引导至例如排放器。待处理的液体605可 W是海水。处理的液体645可W是饮用水。
[0119] 在每个队列中的稀释流动路径如在图9中示出。在图9中示出的多阶段电化学处理 系统500包括Ξ个阶段510。第一阶段510包括通过阻挡间隔件560分开的五个流道子单元 515。第一阶段和第二阶段510的电化学处理装置550的每个流道子单元515包括720个电池 对。第Ξ阶段510的前Ξ个子单元515中的每个包括720个电池对。最终的阶段510的最终的 Ξ个子单元515中的每个包括480个电池对。
[0120] 图12表示实施例1的比较的构型中的第二个的示意图。图12示出对于电化学装置 的另一个可能的构型。在此构型中，电化学系统700由并联的多个子系统(重复单元)组成。 在每个重复单元中，待处理的液体705进入队列760并且来自四个队列760(每个由串联的两 个阶段710组成）的产物被合并为至精制器装置780的进料W产生处理的液体745。使用该工 艺模型，针对不同的总体能量消耗来计算用于系统的重复单元的数目。包括最终精制阶段 780的每阶段710的TDS移除被再次调节W避免极限电流密度。如下计算电化学处理装置750 的数目，η:
[0121] n = U(STVr/R)
[0122] 其中；
[0123] U =重复单元的总数
[0124] S =在每个队列760中串联的电化学处理装置750的数目（在图12中的实施例中，S =2)
[0125] Τ =在每个重复单元中的队列760的数目（在图7中的实施例中，Τ = 4)
[0126] R =对精制器装置780进料的队列760的数目（在图12中的实施例中，R = 4)
[0127] 图13示出必需的电化学模块的总数相对于用于不同的模块构型的能量消耗。对于 给定的能量消耗，必需的电化学模块的总数在存在精制器阶段的情况下实际上较低，因为 每队列的产物流量可W被增加。如图12中所示的两阶段加精制器设计导致必需的模块的总 数减少约5%，W及相关联的资本设备（例如支撑滑道(suppod skid)、管道、阀、仪器和电 源)的相应的减少。
[012引实施例2
[0129] 水处理系统被设计成使海水脱盐为用于城市中使用的饮用水。对于5(K)ppm的最终 的TDS和40%的总体水回收率，所需的产物流量是140,00〇111^天。海水了05在30°0的溫度下 是45,000ppm。
[0130] 测试的第一构型是在图11中描绘的构型，其具有已经在上文描述的并联的多个Ξ 模块队列。在每个队列中的流动构型如在图9中示出。测试的第二构型是在图14中描绘的构 型。图14示出具有并联的多个队列860随后精制器装置880的重复单元800。此外，如在实施 例1中，在队列860的下游实施精制器装置880的系统能够实现更加能量有效的水处理，如图 16中所示。
[0131] 在图14中示出的系统800的每个单元中，待处理的液体805被引入队列860并且来 自Ξ个队列860(每个由串联的Ξ个阶段810组成）的产物被合并为至精制器模块880的进 料，其产生最终的处理的液体845。添加最终精制阶段880允许每队列的产物流量增加，同时 维持给定的总体能量消耗。每阶段810的TDS移除被调节使得操作电流密度在每个阶段的出 口处小于极限电流密度的90.9%。
[0132] 图15中示出的实施方案类似于图14的实施方案并且示出穿过重复单元的稀释流 动路径。在图15中示出的实施方案中，待处理的液体905被引入每个队列960的第一阶段 910。在队列960的第一阶段910中的每个流道子单元包括720个电池对。在每个队列960的第 Ξ阶段910中，电化学处理装置950的最终的Ξ个流道子单元各自包括480个电池对。精制器 装置980包括各自包括1，200个电池对的Ξ个流道子单元。系统900的并联的队列960 的数目 被选择使得在精制器阶段980的入口处的速度等于或大于在每个队列960中的最后的装置 950的出口处的速度。精制器装置980产生处理的液体945。
[0133] 图16示出必需的电化学模块的总数相对于用于在此实施例中使用的不同的模块 构型的能量消耗。工艺模型是与实施例1中相同的。必需的模块的总数对于在图14中描绘的 Ξ阶段加精制器设计相对于在图11中描绘的Ξ阶段设计是约8-11%更低，再次证明在队列 的下游的精制器装置的效用。
[0134] 本领域的技术人员将容易理解，本文所描述的各种构型意指是示例性的，并且实 际的构型将取决于本公开内容的水处理系统和方法所用于的具体应用。本领域的技术人员 将认识到或者能够仅仅使用常规实验确定本文所描述的具体实施方案的许多等同物。例 如，本领域的技术人员可W认识到，根据本公开内容的系统及其部件还可包括系统的网络 或是水处理系统的部件。因此，应当理解，前述实施方案仅通过实施例呈现并且在随附的权 利要求及其等同物的范围内，所公开的系统和方法可W除如具体描述的之外进行实践。本 系统和方法设及本文所描述的每个相应的特征或方法。此外，如果运样的特征、系统或方法 不相互矛盾，则两个或更多个运样的特征、系统或方法的任何组合包括在本公开内容的范 围内。
[0135] 此外，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。运样的改变、 修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图是在本公开内容的精神和范围内。例如， 现有的设施可W被修改，W利用或包含本公开内容的任何一个或更多个方面。因此，在某些 情况下，系统和方法可W设及将现有设施连接或配置至处理系统。因此，前述描述和附图仅 仅是举例。此外，附图中的描述不将本公开内容限制到特别说明的表述。
[0136] 如本文使用的，术语"多个"指的是两个或更多个项目或部件。术语"包括 (comprisin邑包括（includin邑）''、"携带（carryin邑）''、"具有含有（containin邑）''和 "包含（involving)"无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指"包 括但不限于"。因此，运样的术语的使用意指包括在其后列出的项目和其等效物，W及另外 的项目。仅过渡词组"由......组成"和"基本上由......组成"是分别相对于权利要求的封 闭的或半封闭的过渡词组。术语"流体连通"的使用应当被理解为包括W并联或串联布置配 置的装置。在权利要求中使用序数术语例如"第一"、"第二"、"第Ξ"及类似物来修饰权利要 求要素，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、优越或顺序或在其中 方法的动作被进行的时间顺序，而是仅用作为标记W区分具有某个名称的一个权利要求要 素与具有相同名称的另一个要素(但用于使用序数术语)W区分权利要求要素。
[0137]虽然本公开内容的示例性实施方案已经公开，但是可W在其中作出许多修改、添 加和删除，而不脱离如在随附权利要求中阐述的本公开内容及其等同物的精神和范围。
【主权项】
1. 一种操作多阶段电化学处理系统的方法，所述多阶段电化学处理系统具有第一阶段 和第二阶段，所述第一阶段具有包括第一电池堆的至少一个电化学处理装置，所述第二阶 段具有包括第二电池堆的至少一个电化学处理装置，所述第一阶段与所述第二阶段的上游 流体连通，所述方法包括： 将待处理的液体引入所述第一阶段的入口； 计算所述第一阶段的极限电流密度； 在所述第一阶段中以横跨所述第一电池堆的第一电流密度操作，所述第一电流密度低 于所述第一阶段的极限电流密度； 在所述第一阶段中，从所述液体中移除第一量的总溶解固体，以产生部分处理的液体； 从所述第一阶段的出口取出所述部分处理的液体； 将所述部分处理的液体引入所述第二阶段的入口； 计算所述第二阶段的极限电流密度； 在所述第二阶段中以横跨所述第二电池堆的第二电流密度操作，所述第二电流密度低 于所述第二阶段的极限电流密度； 在所述第二阶段中，从所述部分处理的液体中移除第二量的总溶解固体，以产生处理 的液体，所述第二量的总溶解固体少于所述第一量的总溶解固体;和 在所述第二阶段的出口处提供所述处理的液体。2. 如权利要求1所述的方法，其中在所述第一阶段中操作还包括在第一液体流速下操 作经过所述第一阶段，并且在所述第二阶段中操作包括在第二液体流速下操作经过所述第 二阶段，所述第二液体流速大于所述第一液体流速。3. 如权利要求1所述的方法，还包括在所述第一阶段的入口处测量所述待处理的液体 的总溶解固体浓度和流量。4. 如权利要求3所述的方法，其中计算所述第一阶段的极限电流密度包括部分地基于 所述待处理的液体的总溶解固体浓度和所述待处理的液体的流量计算所述第一阶段的极 限电流密度。5. 如权利要求4所述的方法，其中计算所述第二阶段的极限电流密度包括部分地基于 所述部分处理的液体的所测量的总溶解固体浓度和所述部分处理的液体的所测量的流量 计算所述第二阶段的极限电流密度。6. 如权利要求1所述的方法，其中在所述第一阶段的入口处，所述待处理的液体的总溶 解固体浓度大于约30,000ppm。7. 如权利要求6所述的方法，其中所述处理的液体的总溶解固体浓度小于约500ppm。8. -种用于处理液体的多阶段电化学处理系统，所述系统包括： 第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置； 第二阶段，其包括具有第二极限电流密度的电化学处理装置，所述第二阶段与所述第 一阶段的下游流体连通;和 控制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之间提供低于所述第一极限电 流密度的第一电流密度，并且被配置成在所述第二阶段中在第二组电极之间提供低于所述 第二极限电流密度的第二电流密度，所述第二电流密度不同于所述第一电流密度。9. 如权利要求8所述的系统，其中所述第一阶段还包括第一流速传感器和第一总溶解 固体浓度传感器。10. 如权利要求9所述的系统，其中所述第二阶段还包括第二流速传感器和第二总溶解 固体浓度传感器。11. 如权利要求10所述的系统，其中所述控制系统还被配置成部分地基于来自所述第 一流速传感器的第一输入信号和来自所述第一总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来 计算所述第一极限电流密度。12. 如权利要求11所述的系统，其中所述控制系统还被配置成部分地基于来自所述第 二流速传感器的第一输入信号和来自所述第二总溶解固体浓度传感器的第二输入信号来 计算所述第二极限电流密度。13. 如权利要求8所述的系统，其中所述第一阶段的所述电化学处理装置包括第一总数 的电池对，并且所述第二阶段的所述电化学处理装置包括第二总数的电池对，所述第二总 数的电池对少于所述第一总数的电池对。14. 如权利要求8所述的系统，其中所述第二阶段的所述电化学处理装置还包括阻挡间 隔件，所述阻挡间隔件被配置成促进所述液体的多个流道穿过所述第二阶段的所述电化学 处理装置，所述阻挡间隔件被设置在第一流道子单元与第二流道子单元之间。15. 如权利要求14所述的系统，其中所述第一流道子单元包括第一总数的电池对，并且 所述第二流道子单元包括第二总数的电池对，所述第二总数的电池对少于所述第一总数的 电池对。16. 如权利要求8所述的系统，其中所述控制器被配置成提供在所述第一阶段中第一量 的总溶解固体从所述液体中的移除以及在所述第二阶段中第二量的总溶解固体从所述液 体中的移除，所述第一量的总溶解固体多于所述第二量的总溶解固体。17. 如权利要求8所述的系统，其中所述第一阶段的所述电化学处理装置包括电渗析装 置和电去离子装置中的一种。18. 如权利要求17所述的系统，其中所述第二阶段的所述电化学处理装置包括电渗析 装置和电去离子装置中的一种。19. 如权利要求8所述的系统，还包括具有第三极限电流密度的第三阶段，所述第三阶 段包括至少一个模块化电化学处理装置，所述第三阶段与所述第一阶段的下游流体连通并 且与所述第二阶段的上游流体连通。20. -种用于处理液体的多阶段电化学处理系统，所述系统包括： 第一电化学处理队列，其包括： 第一阶段，其包括具有第一极限电流密度的电化学处理装置;和 第二阶段，其包括具有不同于所述第一极限电流密度的第二极限电流密度的电化学处 理装置，所述第二阶段与所述第一阶段的下游流体连通； 第二电化学处理队列，其与所述第一电化学处理队列流体连通，所述第二电化学处理 队列包括： 第三阶段，其包括具有第三极限电流密度的电化学处理装置;和 第四阶段，所述第四阶段包括具有不同于所述第三极限电流密度的第四极限电流密度 的至少一个电化学处理装置，所述第四阶段与所述第三阶段的下游流体连通；以及 控制系统，其被配置成在所述第一阶段中在第一组电极之间提供低于所述第一极限电 流密度的第一电流密度，在所述第二阶段中在第二组电极之间提供低于所述第二极限电流 密度的、不同于所述第一电流密度的第二电流密度，在所述第三阶段中在第三组电极之间 提供低于所述第三极限电流密度的第三电流密度，以及在所述第四阶段中在第四组电极之 间提供低于所述第四极限电流密度的、不同于所述第三电流密度的第四电流密度。21. 如权利要求20所述的系统，还包括在所述第一电化学处理队列和所述第二电化学 处理队列的下游流体连接的精制器装置。22. 如权利要求21所述的系统，其中所述精制器装置是电渗析装置和电去离子装置中 的一种。23. 如权利要求22所述的系统，其中所述第一电化学处理队列被布置成与所述第二电 化学处理队列并联。
【专利摘要】公开的是预测极化的发生以及电化学系统将电流密度维持为低于极限电流密度且避免不稳定的设计和操作的方法。
【IPC分类】C02F9/06
【公开号】CN105555718
【申请号】CN201480035960
【发明人】梁荔乡, 黄祀和, 傅荣强
【申请人】伊沃夸水处理技术有限责任公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年6月25日
【公告号】EP3013760A1, WO2014210198A1
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