[發明專利]一種分離裝置及離子分離方法

在審

• 申請號: 202010184088.2
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN113398759A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 陳小平
• 申請（專利權）人: 佛山市云米電器科技有限公司;陳小平
• 主分類號: B01D61/42
• 分類號: B01D61/42;B01D61/48;B01D61/58
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

一種電化學分離裝置及脫除待處理液體中離子的方法，電化學分離裝置包括至少兩個串聯的電化學分離單元，每個電化學分離單元包括一個或至少兩個并聯的電化學分離組；在脫鹽過程中，沿液流方向，一個電化學分離單元的脫鹽的流道總數大于位于其后的一個電化學分離單元的脫鹽的流道總數。電化學分離組由多張交替排列的陽離子交換膜和陰離子交換膜構成。電化學分離組還可由至少一張雙極膜構成。本發明通過在電化學分離裝置中設置流道數目不同的電化學分離單元，使得流道內的液體流速增大，保持或增大電化學分離單元的極限電流密度，提高脫鹽率，降低成本。

技術領域

本發明涉及一種電化學分離裝置以及使用該電化學分離裝置脫除待處理液體中離子的方法。

背景技術

電滲析(ED)、頻繁倒極電滲析(EDR)、填充式電滲析(EDI)、填充式倒極電滲析(EDIR)和電容脫鹽器(SCD)等電化學工藝被廣泛地應用于溶液的脫鹽淡化處理等分離過程。

在電化學分離過程中，以電滲析為例，物料，也稱待處理液體(例如水溶液，原水或進水)在濃室和淡室中流動時，在直流電場的作用下，溶液中的溶質離子發生定向遷移。在離子交換膜和溶液之間存在一個滯留層，當工作電流增加到一定程度時，溶液中的離子不能迅速補充到膜的表面，使得膜表面的離子濃度趨近于零，引起滯留層中大量水分子電離生成H⁺和OH^-離子來負載電荷，此現象稱為極化。此時的電離密度也達到一個極限值，此值稱為極限電流密度。一旦發生極化現象，將引起膜表面產生沉淀，膜電阻明顯增大，電流效率、脫鹽率也會隨之下降，導致產水質量降低，還會縮短電滲析膜堆的使用壽命。因此，為了防止極化現象的發生，應確保電滲析膜堆的工作電流不高于該極限電流值。然而，由于工作電流受到限制，單個電滲析單元難以獲得很高的脫鹽率，因此，目前電滲析工藝往往采用多級膜堆串聯的方式進行淡化脫鹽處理，比如，為了達到85％左右的脫鹽率，往往需要采用三個或三個以上的膜堆串聯的電滲析裝置和系統。多級膜堆的使用增加了電化學分離裝置的成本，使得電化學分離方法與反滲透膜法相比不具有成本優勢。

如何進一步優化電化學分離裝置，保證較高的脫鹽率，并降低成本，是本領域仍需解決的一大問題。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種電化學分離裝置，以提高脫鹽率，降低成本。

本發明的上述目的通過如下技術手段實現：

提供一種用于脫除待處理液體中的離子，包括至少兩個串聯的電化學分離單元，每個電化學分離單元包括一個或至少兩個并聯的電化學分離組；

在脫鹽過程中，沿液流方向，一個電化學分離單元的脫鹽的流道總數大于位于其后的一個電化學分離單元的脫鹽的流道總數。

優選的，上述的電化學分離裝置，電化學分離組設有陽離子交換膜和陰離子交換膜，由多張交替排列的陽離子交換膜和陰離子交換膜構成電化學分離組，交替排列的陽離子交換膜和陰離子交換膜形成對應的淡室流道和濃室流道；

在脫鹽過程中，沿液流方向，一個電化學分離單元的淡室流道總數為該電化學分離單元的脫鹽的流道總數。

另一優選的，上述的電化學分離裝置，膜片為雙極膜，電化學分離組設有至少一張雙極膜每張雙極膜由貼合在一起的陽離子交換膜和陰離子交換膜構成，構成同一張雙極膜的陽離子交換膜和陰離子交換膜之間無流道。

優選的，上述的電化學分離裝置，所述電化學分離單元中的至少兩個位于同一對正負電極之間。

另一優選的，上述的電化學分離裝置，所有串聯的所述電化學分離單元均位于同一對正負電極之間。

另一優選的，上述的電化學分離裝置，至少一個電化學分離單元包括至少兩個并聯的電化學分離組，每個電化學分離組位于一對正負電極之間。

另一優選的，上述的電化學分離裝置，沿液流方向，串聯的電化學分離單元的流道數目依次遞減。