离子诸如氯离子缔合W保持电中性并且产生盐酸溶液，并且类似地，在阴极 隔室中产生的氨氧离子将与游离阳离子诸如钢缔合W保持电中性并且产生氨氧化钢溶液。 电极隔室的反应产物诸如产生的氯气和氨氧化钢可被用于如消毒目的、膜清洁和除污目的 W及抑调节目的所需要的工艺中。
[0047] 板框式和螺旋缠绕式设计已被用于多种类型的电化学去离子设备，包括但不限于 抓和抓I设备。市售的抓设备通常是板框式设计，而抓I设备可W板框式配置和螺旋配置两 者得到。不同的实施方式适用于本文所讨论的板框式、螺旋缠绕式和错流设计。
[0048] -种或多种实施方式设及可用电力净化可能容纳在壳体中的流体的设备，W及其 制造和使用的方法。待净化的液体或其它流体进入净化设备或装置，并且在电场的影响下 被处理W产生离子耗尽的液体。从进入的液体收集物质W产生离子浓缩的液体。电净化装 置(其也可被称为电化学分离系统或电化学分离设备）的部件可利用各种技术组装W实现 装置的优化操作。
[0049] 海水脱盐工艺的功率消耗量已成为对利用脱盐来生产饮用水的广泛接受的长期 存在的障碍。典型的功率消耗量可从用于压力驱动工艺诸如反渗透的约3.5kwh/m 3变化至 用于热脱盐工艺的超过lOkwh/m3。
[0050] 电力驱动的电化学去离子工艺诸如电渗析和电去离子的使用在传统上已被限于 净化具有比海水少的离子含量的水。然而，当根据一种或多种实施方式使用电化学分离设 备的组合时可达到约1.8kwh/m 3的功率消耗量。根据某些实施方式，饮用水可WWl.5kWh/m3 或更小的能量值由海水产生。
[0051] 如本文所用的，"净化"设及降低总溶解固体含量W及任选地设及使源水中的悬浮 固体的浓度、胶体含量和离子化和非离子化杂质降低至净化水被认可是可饮用的并且可用 于淡水目的的水平，所述淡水目的诸如但不限于，人和动物消耗、灌概和工业应用。脱盐是 从海水中除去盐的一种类型的净化。一种或多种实施方式可设及海水的脱盐。供水或待处 理的水可来自各种来源，包括具有在约3，O(K)PPm和约40，OOOppm之间或更高的TDS含量的那 些来源。供水可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。供水可 含有高水平的一价盐、二价盐和多价盐，W及有机物质。在一些实施方式中，显著的方面可 设及处理由或主要由海水组成的工艺用水或供水或者使其脱盐的方法。水可被加工至期望 的或需要的纯度水平。
[0052] 根据一种或多种实施方式，工艺流通常可包括可递送到电化学设备W用于处理的 水流。在一些实施方式中，工艺流通常可包括盐溶液。盐溶液可含有单一的盐物质或多种盐 物质的混合物，例如，如可存在于海水中的。在至少一种实施方式中，工艺流可包括非饮用 水。饮用水通常具有小于约l，5(K)ppm的总溶解固体(TDS)含量。在一些实施方式中，饮用水 可具有小于约1,00化pm的TDS。在一些情况下，饮用水可具有小于约50化pm的TDS含量。在一 些非限制性实施方式中，饮用水可具有小于约25化pm的TDS含量。非饮用水的实例可包括海 水或盐水、微咸水、灰水和一些工业用水。工艺流可包括目标物质诸如氯化物、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、银和锋。根据一种或多种实施方式，本发明设及处理海水或微咸水的方法，其 中源水包括溶质混合物。在一些实施方式中，与二价离子和其它多价离子的浓度相比，一价 离子可W是更高的浓度。本文对海水的提及通常适用于非饮用水的其它形式。
[0053] 在本公开内容的一些实施方式中，提供了提供饮用水源的方法。在某些实施方式 中，提供了帮助由海水生产饮用水的方法。该方法可包括提供电净化装置，所述电净化装置 包括小室堆（cel 1 stack)。该方法还可包括流体连接海水进料流至电净化装置的入口。该 方法还可包括流体连接电净化装置的出口至供使用的饮用点。海水或河口水可具有在约 10，00化pm至约45，OOOppm的范围内的总溶解固体浓度。在某些实例中，海水或河口水可具 有约35，OOOppm的总溶解固体浓度。
[0054] 包括不同浓度的总溶解固体的其它类型的供水可利用本公开内容的装置和方法 来处理或加工。例如，具有在约1000 ppm至约10,000ppm的范围内的总溶解固体含量的微咸 水可被处理W产生饮用水。具有在约50，OOOppm至约150，00化pm的范围内的总溶解固体含 量的盐水可被处理W产生饮用水。在一些实施方式中，具有在约50 ,OOOppm至约150，0(K)ppm 的范围内的总溶解固体含量的盐水可被处理W产生具有较低的总溶解固体含量的水，用于 处置例如水体诸如海洋的目的。
[0055] 根据一种或多种实施方式，电渗析模块包括由包括例如屏和垫圈的隔离物分隔的 阳离子交换膜和阴离子交换膜。运种组合的许多重复对被用于制造电渗析模块。在一些非 限制性实施方式中，在模块中可存在约100至1000个重复对或小室对(cell pair)。每个小 室对可包括稀释隔室和浓缩隔室。当水通过小室对时，由直流(DC)电源供应产生的电场可 垂直于水流被施加。运可导致离子从稀释隔室通过离子交换膜迁移到浓缩隔室。在脱盐操 作中，盐离子可通过离子交换膜转移。阳离子将通过阳离子膜转移并且阴离子将通过阴离 子膜转移。来自小室对的水可在电渗析模块中的歧管中合并。两个水流(稀释流和浓缩流） 可离开模块。电去离子还可使用由隔离物分隔的阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述隔离 物具有填充有离子交换材料诸如离子交换珠、拉制品及类似物的空隙容积。在一些实施方 式中，电去离子设备可包括离子交换屏。根据一种或多种实施方式，离子交换屏可W是功能 化屏，诸如具有阳离子和/或阴离子功能性的屏。当水是稀释的，例如小于约5000mg/l的离 子浓度时，离子交换材料代替惰性屏的使用可改进电去离子设备从水中除去离子的能力。 离子交换材料可包括阳离子交换材料或阴离子交换材料及其组合。
[0056] 根据一种或多种实施方式，电化学分离系统或设备可W是模块化的。每个模块化 单元通常可用作整个电化学分离系统的子块。模块化单元可包括任何期望数目的小室对。 在一些实施方式中，每模块化单元小室对的数目可取决于分离设备中的小室对和通道 (pass)的总数目。当测试交叉泄漏和其它性能标准时，其还可取决于能够W可接受的失效 率热结合并且罐装在框架中的小室对的数目。数目可W是基于制造工艺的统计分析并且可 W随工艺控制的改进而增加。在一些非限制性实施方式中，模块化单元可包括约50个小室 对。在被结合到较大的系统中之前，模块化单元可被单独地组装并针对诸如泄漏、分离性能 和压力降进行质量控制测试。在一些实施方式中，小室堆可作为可独立地被测试的模块化 单元被安装在框架中。然后，多个模块化单元可被组装在一起W在电化学分离设备中提供 总预期数目的小室对。在一些实施方式中，组装方法可大体设及将第一模块化单元放置在 第二模块化单元上，将第=模块化单元放置在第一和第二模块化单元上，W及重复W获得 期望数目的多个模块化单元。在一些实施方式中，组件或单独的模块化单元可被嵌入压力 容器中W便操作。多通道流配置可W是可能的，其中在模块化单元之间或在模块化单元内 布置有阻塞膜和/或隔离物。模块化方法可在时间和成本节约方面改进可制造性。模块性还 可通过允许单个模块化单元的诊断、隔离、除去和替换而帮助系统维护。单个模块化单元可 包括歧管系统和流动分布系统W帮助电化学分离工艺。单个模块化单元可W彼此流体连通 W及与中屯、歧管系统和与整个电化学分离工艺相关联的其它系统流体连通。
[0057] 根据一种或多种实施方式，电化学分离系统的效率可W得到改善。电流损失是低 效率的一个可能来源。在一些实施方式中，诸如设及错流设计的那些实施方式，电流漏泄的 可能性可W得到解决。电流效率可被定义为有效地将离子从稀释流移动到浓缩流中的电流 的百分数。电流低效率的各种来源可存在于电化学分离系统中。低效率的一个可能来源可 设及通过流过稀释入口和出口歧管和浓缩入口和出口歧管而绕过小室对的电流。开放的入 口和出口歧管可W与流动隔室直接流体连通并且可降低每个流动通路中的压力降。从一个 电极到另一个电极的电流的一部分可通过流过开放区域而绕过小室对的堆叠。旁路电流降 低了电流效率并且增加了能量消耗量。低效率的另一个可能来源可能设及由于离子交换膜 的不完全的选择渗透性而从浓缩流进入稀释流的离子。在一些实施方式中，与设备中的膜 和屏的密封和罐装相关联的技术可帮助减少电流漏泄。
[0058] 在一种或多种实施方式中，通过堆叠的旁路通路可被操纵为促进电流沿着直接通 路通过小室堆流动W便改进电流效率。在一些实施方式中，电化学分离设备可被构造和布 置为使得一个或多个旁路通路比通过小室堆的直接通路曲折。在至少某些实施方式中，电 化学分离设备可被构造和布置为使得一个或多个旁路通路存在比通过小室堆的直接通路 高的电阻。在设及模块化系统的一些实施方式中，单个模块化单元可被配置为促进电流效 率。模块化单元可被构造和布置为提供将有助于电流效率的电流旁路通路。在非限制性实 施方式中，模块化单元可包括被配置为促进电流效率的歧管系统和/或流动分布系统。在至 少一些实施方式中，围绕电化学分离模块化单元中的小室堆的框架可被构造和布置为提供 预定的电流旁路通路。在一些实施方式中，促进电化学分离设备中的多通道流配置可帮助 减少电流漏泄。在至少一些非限制性实施方式中，阻塞膜或隔离物可被插入模块化单元之 间W引导稀释流和/或浓缩流进入多通道流配置中W便改进电流效率。在一些实施方式中， 可达到至少约60%的电流效率。在其它实施方式中，可达到至少约70%的电流效率。在还其 它实施方式中，可达到至少约80%的电流效率。在至少一些实施方式中，可达到至少约85% 的电流效率。
[0059] 根据一种或多种实施方式，用于制备用于电净化装置的小室堆的方法可包括形成 隔室。第一隔室可通过将离子交换膜彼此固定W提供具有被布置在离子交换膜之间的第一 隔离物的第一隔离物组件而形成。例如，第一阳离子交换膜可在第一阳离子交换膜和第一 阴离子交换膜的外周的第一部分处被固定到第一阴离子交换膜W提供具有被布置在第一 阳离子交换膜和第一阴离子交换膜之间的第一隔离物的第一隔离物组件。
[0060] 第二隔室可通过将离子交换膜彼此固定W提供具有被布置在离子交换膜之间的 第二隔离物的第二隔离物组件而形成。例如，