用于水處理的電滲析裝置制造方法
【專利摘要】電滲析裝置8包括多個(gè)陰極68、多個(gè)陽極70和多個(gè)膜71；陰極68和陽極70在電極堆棧中交替排列，膜71在每個(gè)陰極68和陽極70之間，膜71和陽極70之間形成陽極流動(dòng)路程74，以及膜71和陰極68之間形成陰極流動(dòng)路程72；電滲析裝置8進(jìn)一步包括用于分配水至陽極流動(dòng)路程74或至陰極流動(dòng)路程72的入口歧管56，其中入口歧管56包括沿著其長(zhǎng)度配備孔的第一管58，該孔連接至流動(dòng)路程，和位于第一管58中并且由第一管58封裝的第二管60，第二管60在一端具有入口和在其第二端被封閉，并且第二管60沿著其長(zhǎng)度配備開向第一管58的孔62。
【專利說明】用于水處理的電滲析裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過電滲析的水處理，比如為了殺死微生物的處理，優(yōu)選海水的處理， 比如壓艙水處理。
【背景技術(shù)】
[0002]壓艙水是通過船在壓艙水罐或有時(shí)在其他合適的空間，比如貨艙或油艙中運(yùn)輸?shù)乃?。將其在水“供體”位置處泵入罐以補(bǔ)償隨貨物和/或燃料的卸載/消耗所帶來的重心點(diǎn)的改變，并因此維持穩(wěn)定性。正確壓艙從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)方面是必要的，并且也用于性能原因以便確保適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)器和舵浸入，合適的橋梁考慮以及保持期望的船只移動(dòng)和操作特性。壓艙水運(yùn)輸至水“容納”位置，其通常在船只裝載貨物的位置，其潛在地在壓艙水源地的生物地理區(qū)域之外。隨著貨物在船上裝載可排出壓艙水。壓艙水可寄生一系列物種，其包括浮游動(dòng)物、浮游植物、細(xì)菌和病毒。在排出點(diǎn)可能沒有這些物種的天敵，并且其可在新的位置定居并且繁殖，對(duì)環(huán)境、工業(yè)和人健康造成嚴(yán)重的問題。
[0003]期望處理水和尤其是壓艙水以便殺死微生物或使微生物失活，并且減少或去除其他污染物。
[0004]W02008/047084描述了壓艙水處理的方法和裝置，包括膜電池中電滲析的使用。該類型的電滲析是流體處理方法，其基于通過在由離子交換膜隔開的兩個(gè)電極之間施加恒定的或脈沖的電勢(shì)差造成的離子分離。一個(gè)電極將用作吸引陰離子的陽極(正電荷)而另一個(gè)將用作吸引陽離子的陰極(負(fù)電荷)。膜和陽極之間隔室中的流體的特征為具有過多電子的陰離子并且可被稱為濃縮物，而膜和陰極之間隔室中的流體的特征為存在缺少電子的陽離子并且可稱為淡水(diluate)。
[0005]在一些電滲方法中，多膜電池排列成稱為電滲析堆棧(electrodialysis stack) 的構(gòu)造，交替的陰離子和陽離子交換膜形成多膜電池——通常在單個(gè)陽極和陰極之間。電滲析的已知應(yīng)用是大規(guī)模的含鹽水和海水淡化和產(chǎn)鹽，和小規(guī)模和中等規(guī)模的飲用水生產(chǎn)。電滲析也用于處理工業(yè)，用于分離某些污染物比如重金屬。
[0006]在W02008/047084的公開內(nèi)容中，如下處理壓艙水:將一部分壓艙水與主流分開， 使其通過膜電池，和將膜電池的產(chǎn)物返回主流。返回的產(chǎn)物主要是濃縮物并且這具有使水中的微生物失活或殺死微生物的作用。僅僅引導(dǎo)一部分水通過電滲析處理裝置并且將膜電池 的產(chǎn)物返回水的概念代表本領(lǐng)域的發(fā)展，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了有效的水處理，而不需要使全部的水流過電滲析處理裝置。
[0007]因此，W02008/047084的電滲析設(shè)備提供了用于水處理，比如壓艙水處理的有利形式的電滲析處理。但是，與使用該類型電滲析處理來處理海水比如壓艙水相關(guān)的進(jìn)一步工作已經(jīng)鑒定為可作出改進(jìn)的區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本申請(qǐng)的權(quán)利要求涉及下面的第七至第九方面。下面闡釋的其他本發(fā)明本文目前沒有要求保護(hù)，并且包括它們以解釋其它相關(guān)的發(fā)明。
[0009]從第一方面看，本發(fā)明提供電滲析裝置，其包括:陰極、陽極、陰極和陽極之間的膜、用于沿著膜在陰極側(cè)上水流動(dòng)的陰極流動(dòng)路程、用于沿著膜在陽極側(cè)上水流動(dòng)的陽極流動(dòng)路程、和膜和陰極之間形成的其中陰極面向陽極的反應(yīng)區(qū)，其中陰極流動(dòng)路程布置為用于反應(yīng)區(qū)中的層流，和其中電滲析裝置包括流動(dòng)調(diào)整元件，其布置為促進(jìn)引入水流中的層流至陰極流動(dòng)路程。
[0010]海水不完全是具有氯化鈉的水溶液，而是包括其他鹽和化合物，除了熟知的氯化鈉和水反應(yīng)之外，其還產(chǎn)生副反應(yīng)。例如，鎂鹽可構(gòu)成海水中鹽的約3-4%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)副反應(yīng)之一在電滲析裝置的陰極側(cè)產(chǎn)生水鎂石Mg(0H)2。水鎂石具有乳白色粘性物質(zhì)的外觀。出乎意料地，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)海水時(shí)，電滲析過程在電滲析裝置中形成該水鎂石物質(zhì)，并且該水鎂石沉淀物積聚在內(nèi)部流動(dòng)通道中。該問題沒有在已知的現(xiàn)有技術(shù)中公開。該方面的電滲析裝置包括解決該新問題的特征。
[0011]典型地，常規(guī)的電滲析裝置將尋求促進(jìn)湍流和二次流，因?yàn)檎J(rèn)為該混合過程幫助電滲析反應(yīng)和加速離子運(yùn)輸通過膜。因此，常規(guī)上不使用層流和不在已知的設(shè)備中采取措施來確保在陰極側(cè)上的層流。本布置基于下列認(rèn)識(shí):水鎂石沉淀物是潛在的問題并且通過包括促進(jìn)層流的結(jié)構(gòu)，可避免水鎂石的積聚。在常規(guī)的電滲析裝置中，通過湍流和不均勻或二次流幫助水鎂石沉淀物的形成。利用這些流動(dòng)模式，形成循環(huán)水流的死角或死區(qū)，其中水鎂石被截留。這使得水鎂石凝聚或凝結(jié)和積聚成更大的沉淀物。
[0012]如果流是層流的，則不存在二次流結(jié)構(gòu)。通過并入意圖在水進(jìn)入反應(yīng)區(qū)之前促進(jìn)層流的特征，該方面的電滲析裝置減少可在反應(yīng)區(qū)中形成的水鎂石和其他污染物凝聚或凝結(jié)的機(jī)會(huì)。保持層流通過反應(yīng)區(qū)減少污染物被截留或粘附在設(shè)備中的機(jī)會(huì)。反應(yīng)區(qū)是其中陽極和陰極充分重疊用于電滲析反應(yīng)發(fā)生的電滲析裝置的區(qū)域。當(dāng)避免形成水鎂石沉淀物時(shí)，該裝置需要較少頻率的清潔。也可減少其他污染物的積聚。
[0013]優(yōu)選地，流動(dòng)調(diào)整元件布置為促進(jìn)反應(yīng)區(qū)之前區(qū)域中的層流。反應(yīng)區(qū)中的陰極流動(dòng)路程可為大體上恒定維度的直邊流動(dòng)路程。不同形狀和尺寸的流動(dòng)路程的區(qū)域優(yōu)選在反應(yīng)區(qū)外，和優(yōu)選與反應(yīng)區(qū)間隔開。
[0014]優(yōu)選地，陰極流動(dòng)路程在反應(yīng)區(qū)中不被阻塞。這避免產(chǎn)生湍流，否則可當(dāng)水繞阻塞物流動(dòng)時(shí)出現(xiàn)湍流。一般而言，電滲析裝置將并入間隔元件以保持膜和電極之間的期望間隔。在現(xiàn)有技術(shù)中，這些間隔存在于陽極側(cè)和陰極側(cè)二者上，以保持膜在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。?yōu)選地，該方面的電滲析裝置在陰極側(cè)上沒有間隔元件，即可僅在離子交換膜的陽極側(cè)上包括間隔元件。這避免在陰極側(cè)上來自間隔元件的任何阻塞，并且因此減少陰極側(cè)上的湍流。 因?yàn)樗V石反應(yīng)在陽極側(cè)上不發(fā)生，所以沒有源自在陽極流動(dòng)路程中存在間隔元件產(chǎn)生湍流的問題。
.[0015]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，布置裝置，使得通過陰極流動(dòng)路程的流率(flow rate)比通過陽極流動(dòng)路程的流率更大。這是為了在膜的陰極側(cè)提供更高的壓力。因此，優(yōu)選地，通過陰極流動(dòng)路程的流速(flow velocity)比通過陽極流動(dòng)路程的流速更大。通過陰極流動(dòng)路程的流量(flow volume)也可大于通過陽極流動(dòng)路程的流量。通過陰極流動(dòng)路程的較高壓力用于推動(dòng)膜遠(yuǎn)離陰極，這可減少水鎂石沉淀物在膜上積聚的機(jī)會(huì)。而且，較高流率的使用，尤其結(jié)合該方面的層流，用于沖洗掉可能存在的任何水鎂石沉淀物。陰極流動(dòng)路程(一個(gè)或多個(gè))的水入口可大于陽極流動(dòng)路程(一個(gè)或多個(gè))的水入口。如果以相同的壓力供應(yīng)水至兩個(gè)入口，那么這將導(dǎo)致需要的增加的流率，并且如果陰極流動(dòng)路程(一個(gè)或多個(gè)) 與陽極流動(dòng)路程(一個(gè)或多個(gè))具有相同的橫截面積，則流速和流量將都更高。
[0016]電滲析裝置可在反應(yīng)區(qū)之前包括流動(dòng)調(diào)整元件，以促進(jìn)引入水橫跨陰極流動(dòng)路程和/或陽極流動(dòng)路程的寬度均勻分布。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在板形電極之間形成陰極和陽極流動(dòng)路程，并且因此將具有細(xì)長(zhǎng)的槽形橫截面。流動(dòng)路程的狹窄槽形橫截面可促進(jìn)層流。例如，流動(dòng)路程的橫截面可以是電極和膜之間寬度在Imm和4mm之間，優(yōu)選寬度約2mm 的槽。陰極流動(dòng)路程和陽極流動(dòng)路程的橫截面可以是具有相同寬度的槽。用于確保引入水橫跨槽形橫截面的寬度均勻分布的流動(dòng)調(diào)整元件將促進(jìn)層流。
[0017]流動(dòng)調(diào)整元件可包括通道、擋板和/或?qū)蛉~片，用于流從一個(gè)或多個(gè)水入口通道至陽極/陰極流動(dòng)路程的均勻分配。優(yōu)選地，引入水流橫跨陽極/陰極流動(dòng)路程的寬度均勻地分開。在尤其優(yōu)選的實(shí)施方式中，流動(dòng)調(diào)整元件包括流動(dòng)通道，其以扇形從入口通道延伸至陰極/陽極流動(dòng)路程。
[0018]優(yōu)選的實(shí)施方式使用分層布置在電極堆棧中的多個(gè)重復(fù)的陰極板和陽極板，膜在每個(gè)陰極和陽極之間。這使得平行形成多個(gè)電滲析室，每個(gè)具有它們自己的電極，并且這提高了可處理水的速率。優(yōu)選地，電滲析裝置包括陰極板、膜、陽極板、膜順序的重復(fù)，從而使用每個(gè)電極板的兩側(cè)(除了在重復(fù)順序外端處的電極)。因此，在電極堆棧中心部分的每個(gè)陰極板將在板每側(cè)具有陰極流動(dòng)路程。類似地，每個(gè)陽極板可在每側(cè)具有陽極流動(dòng)路程。
[0019]為了減少水流入流動(dòng)調(diào)整元件之后的電極流動(dòng)路程時(shí)的中斷，陰極和/或陽極的前沿優(yōu)選地包括具有增加寬度的成形末端。該成形末端可例如包括楔形和/或曲線部分。 在成形末端之后，陰極/陽極優(yōu)選采取具有恒定寬度的板形式。成形末端的優(yōu)選形狀是具有圓點(diǎn)的對(duì)稱楔形。成形末端的使用用于沿著電極的每側(cè)輕柔地分開流。當(dāng)電滲析裝置在陽極流動(dòng)路程中包括間隔元件時(shí)，這些間隔元件優(yōu)選位于成形末端之后。
[0020]陰極和/或陽極的成形末端可通過使電極材料成形一例如通過機(jī)械加工一而形成。可選地，成形末端可通過添加由不同材料形成的成形組件而形成。當(dāng)電極材料難以成形和/或成形昂貴時(shí)，這是有優(yōu)勢(shì)的。例如，如果使用鈦電極，成形末端可以是模制的塑料插入物。
[0021]優(yōu)選地，布置電滲析裝置，使得反應(yīng)區(qū)直到水已經(jīng)沿著陰極流動(dòng)預(yù)定的距離才開始。這是為了促進(jìn)陰極流動(dòng)路程中的層流通過反應(yīng)區(qū)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，這通過將陰極放置在水流動(dòng)路程中實(shí)現(xiàn)，其中陰極的前沿比陽極的前沿距離入口的距離更短。利用該布置，穿過陰極板的水流在反應(yīng)區(qū)之前有機(jī)會(huì)沉降，因?yàn)殡姺磻?yīng)直到流到達(dá)其中陽極和陰極充分靠近在一起的區(qū)域才開始。例如，陰極的前沿可放置比陽極的前沿更靠近水入口 20mm 和60mm之間。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陰極的前沿放置比陽極的前沿更靠近水入口約30mm。
.[0022]可允許引入水流動(dòng)預(yù)定的距離，而在流動(dòng)調(diào)整元件的末端之后和水到達(dá)陰極或陽極之前沒有擾動(dòng)。該未擾動(dòng)的流幫助水從源自之前流動(dòng)調(diào)整元件的任何破壞作用或從那些流動(dòng)調(diào)整元件的終止恢復(fù)。例如，水可在到達(dá)陰極或陽極的前沿之前未擾動(dòng)地流動(dòng)至少 5mm，優(yōu)選至少10mm。距離越大，流沉降為層流模式的機(jī)會(huì)越多。但是，通常有一個(gè)這樣的點(diǎn)，在該點(diǎn)增加距離不提供流動(dòng)模式均勻性的相應(yīng)增加。利用約2mm的槽寬度，當(dāng)水在其到達(dá)陰極或陽極的前沿之前未擾動(dòng)地流動(dòng)約IOmm時(shí)，看到好的結(jié)果。當(dāng)電滲析裝置由重復(fù)的被膜分開的陰極和電極板形成時(shí)，未擾動(dòng)流的區(qū)域可形成為兩個(gè)膜之間空間中的未擾動(dòng)流動(dòng)路程，該未擾動(dòng)的流動(dòng)路程在水到達(dá)位于兩個(gè)膜之間的陰極或陽極的前沿之前在膜之間延伸預(yù)定的距離。
[0023]在如上述電滲析裝置包括分層的電極堆棧的情況下，電滲析裝置優(yōu)選包括流量分配系統(tǒng)，其用于將引入水以相同的量分配至每個(gè)電極室。因此，電滲析裝置可包括用于相等地分配引入水至每個(gè)陰極水入口的陰極流量分配系統(tǒng)和用于相等地分配引入水至每個(gè)陽極水入口的陽極流量分配系統(tǒng)。如上述，陰極流動(dòng)路程可比陽極流動(dòng)路程接收更大流率的水。陰極流量分配系統(tǒng)確保陰極流動(dòng)路程，并且在多個(gè)陰極的每個(gè)處供應(yīng)相等的水流。陽極流動(dòng)路程類似地供應(yīng)相等的水流。
[0024]在尤其優(yōu)選的實(shí)施方式中，流量分配系統(tǒng)采用陽極流動(dòng)路程和/或陰極流動(dòng)路程的入口歧管形式，其中入口歧管包括沿著其長(zhǎng)度配備孔的第一管，該孔連接至流動(dòng)路程，和位于第一管中并且由第一管封裝的第二管，第二管在一端具有入口并且在其第二端被封閉，并且第二管沿著其長(zhǎng)度配備開向第一管的孔。下面討論優(yōu)選的入口歧管的進(jìn)一步特征。
[0025]從第二方面看，本發(fā)明提供一種方法，其包括上述電滲析裝置用于處理海水的應(yīng)用，優(yōu)選用于處理壓艙水的應(yīng)用。
[0026]從第三方面看，本發(fā)明提供制造電滲析裝置的方法，其包括下述步驟:提供陰極、 陽極、陰極和陽極之間的膜、用于沿著膜在陰極側(cè)上水流動(dòng)的陰極流動(dòng)路程、用于沿著膜在陽極側(cè)上水流動(dòng)的陽極流動(dòng)路程、和膜與陰極之間形成的其中陰極面向陽極的反應(yīng)區(qū)；為反應(yīng)區(qū)中的層流布置陰極流動(dòng)路程；和在引入水流的區(qū)域中布置流動(dòng)調(diào)整元件以在反應(yīng)區(qū)之前促進(jìn)引入水流中的層流。
[0027]該方法可包括提供如上面就第一方面優(yōu)選的特征描述的電滲析裝置的特征。
[0028]從第四方面看，本發(fā)明提供電滲析裝置，其包括:多個(gè)陰極、多個(gè)陽極和多個(gè)膜； 其中陰極和陽極在電極堆棧中交替排列，膜在每個(gè)陰極和陽極之間；和其中陰極和陽極每個(gè)由單個(gè)傳導(dǎo)板形成，從而封裝在電極堆棧中的陰極板和陽極板的兩個(gè)表面在使用時(shí)都與被處理的水傳導(dǎo)接觸。
[0029]在該類型的常規(guī)電滲析裝置中，電極由兩片鈦形成，其銅焊至銅棒以形成夾心。這些銅棒接著從電滲析裝置伸出并且用于提供與主電源的連接。在該方面的電滲析裝置中， 單個(gè)傳導(dǎo)板用于每個(gè)電極。結(jié)果，電滲析裝置可制成更小和更緊湊。另外，因?yàn)閭鲗?dǎo)材料是通常相對(duì)昂貴的，所以使用的板的數(shù)量減少致使成本節(jié)約。在電滲析裝置優(yōu)選的實(shí)施方式中，鈦用于陽極板和陰極板。
[0030]單個(gè)傳導(dǎo)板意思是，與上面現(xiàn)有技術(shù)討論的兩個(gè)板相比，電極的主傳導(dǎo)和電活性部件由單個(gè)板形成。除了單個(gè)傳導(dǎo)板之外，電極還可包括其他元件，比如固定部件 、成形末
端部等。
[0031]電極可以以連續(xù)的電極堆棧布置，以形成整個(gè)電滲析裝置。但是，該布置有助于所有電極與電源的并聯(lián)連接。其可有利地允許電滲析裝置部件的串聯(lián)連接，例如用于與電源阻抗匹配。因此，在優(yōu)選的布置中，電極堆棧包括多組電極，單個(gè)組中的每個(gè)電極并聯(lián)連接， 并且每組電極串聯(lián)連接。例如由50個(gè)陽極室和50個(gè)陰極室構(gòu)成的電極堆?？捎擅總€(gè)包括 10個(gè)陽極室和10個(gè)陰極室的5個(gè)組構(gòu)成。
[0032]在電極堆?；蛎拷M電極室的中心部分中，每個(gè)傳導(dǎo)板的兩面與水電接觸，所以電極的兩面都用作電滲析過程中的活性表面。電滲析裝置包括下述順序重復(fù):陰極、膜、陽極、 膜，使用每個(gè)電極板的兩側(cè)，除了外端處的電極。在電極堆棧中，每組電極外端處的電極優(yōu)選是兩個(gè)陰極。陰極生產(chǎn)可比陽極更便宜，因?yàn)殛枠O反應(yīng)需要用于電極的昂貴涂層。因此， 通過使用另外的陰極作為末端電極(對(duì)于其僅僅電極的一側(cè)在反應(yīng)中使用)生產(chǎn)電滲析裝置可更便宜，而不減少總反應(yīng)區(qū)域。
[0033]可使電極的電連接直接至傳導(dǎo)板的傳導(dǎo)材料。優(yōu)選地，允許傳導(dǎo)板在電滲析裝置的反應(yīng)區(qū)域之外延伸，以提供電連接點(diǎn)。
[0034]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，形成電極的傳導(dǎo)板夾在非傳導(dǎo)隔板之間并且被其支撐。隔板可用于隔開進(jìn)入和離開陰極流動(dòng)路程和陽極流動(dòng)路程的流體流。隔板可包括將傳導(dǎo)板暴露在反應(yīng)區(qū)中的開口。膜可橫跨陽極和陰極之間的這些開口放置，以完成其中發(fā)生電滲析反應(yīng)的膜電池。
[0035]隔板優(yōu)選包括用于引入水的入口通道和流出淡水和濃縮物的出口通道。流動(dòng)導(dǎo)向部件也優(yōu)選并入隔板中，比如上面就第一方面討論的流動(dòng)調(diào)整元件。因?yàn)楦舭灏鲃?dòng)導(dǎo)向部件，它們通常具有比傳導(dǎo)板更大的尺寸。
[0036]優(yōu)選地，傳導(dǎo)板配備結(jié)合到傳導(dǎo)板并且形成對(duì)應(yīng)隔板形狀的形狀的密封件。因?yàn)楦舭宕笥趥鲗?dǎo)板，所以密封件可延伸超過傳導(dǎo)板的邊緣。例如，傳導(dǎo)板可通常為矩形，和密封件可沿著矩形的兩個(gè)對(duì)邊結(jié)合和接著向外延伸超過矩形的剩余兩個(gè)邊。當(dāng)傳導(dǎo)板和密封件放置在兩個(gè)隔板之間時(shí)，密封件形成封裝的電極室。兩個(gè)隔板可通過任何適當(dāng)?shù)氖侄螉A在傳導(dǎo)板周圍，例如通過封裝電極堆棧的框架或通過將每對(duì)隔板連接在一起的螺釘。
[0037]密封件可為任何合適的材料，即有彈性的和耐水的材料。優(yōu)選橡膠材料。優(yōu)選地， 密封件包括橡膠材料?？墒褂冒鄬?duì)高水平填充劑的高密度橡膠。
[0038]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可能難以將密封件牢固地附連至電極，尤其是當(dāng)使用鈦電極時(shí)。在優(yōu)選的布置中，通過使用熱固性或硫化橡膠克服了該問題，其中在熱處理之前將熱固性或硫化橡膠施用至電極，并且接著通過加熱和任選地加壓橡膠將其結(jié)合至電極，以在其與電極接觸時(shí)進(jìn)行熱固或硫化過程。電極的表面可被調(diào)整，然后施加未處理的橡膠，例如通過蝕刻或其他化學(xué)過程。
[0039]如上就第一方面討論的，優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)于陰極和陽極使用不同的流率。因此， 該實(shí)施方式的電滲析裝置優(yōu)選地為陰極和陽極并入備選(alternate)隔板設(shè)計(jì)。這使得陽極和陰極能夠使用不同的流動(dòng)導(dǎo)向部件。而且，因?yàn)樵趦?yōu)選的實(shí)施方式中，陽極和陰極可具有放置在距離各自水入口不同距離處的前沿，所以不同的隔板設(shè)計(jì)也可允許在需要的位置處支撐陽極板和陰極板。
.[0040]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，裝置包括陰極室，其包括位于傳導(dǎo)板形式的陰極的每側(cè)上的第一和第二陰極隔板。裝置可包括陽極室，其包括位于傳導(dǎo)板形式的陽極的每側(cè)上的第一和第二陽極隔板。電滲析裝置可接著由一系列陽極和陰極室形成，膜在每個(gè)室之間。
[0041]隔板可包括通孔，當(dāng)許多電極室堆棧在一起時(shí)，所述通孔形成水入口和出口通道。 可具有一個(gè)或多個(gè)陽極入口通道和陽極出口通道。類似地，可有一個(gè)或多個(gè)陰極入口通道和陰極出口通道。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，為提供通過陰極的增加的流率，有兩個(gè)陰極入口通道，一個(gè)陽極入口通道，兩個(gè)陰極出口通道和一個(gè)陽極出口通道，每個(gè)具有大約相同的尺寸。優(yōu)選圍繞通孔提供密封件以保持陽極流體和陰極流體分開。管可沿著堆棧中所有隔板的通孔穿過，以完成入口和出口通道。管可以是如下述的入口歧管。有利地，使用沿著通孔的管也可用于對(duì)齊電極堆棧中的室。
[0042]從第五方面看，本發(fā)明提供一種方法，其包括上述電滲析裝置用于處理海水的應(yīng)用，優(yōu)選用于處理壓艙水的應(yīng)用。
[0043]從第六方面看，本發(fā)明提供制造包括多個(gè)陰極、多個(gè)陽極和多個(gè)膜的電滲析裝置的方法；該方法包括在電極堆棧中交替排列陰極和陽極，膜在每個(gè)陰極和陽極之間；其中陰極和陽極每個(gè)由單個(gè)傳導(dǎo)板形成，從而電極堆棧中陰極板和陽極板的兩個(gè)表面在使用時(shí)都與被處理的水傳導(dǎo)接觸。
[0044]該方法可包括提供密封件和將密封件與傳導(dǎo)板結(jié)合。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱固性或硫化橡膠用于密封件，和方法包括在熱處理之前施加橡膠至電極，和然后通過加熱和任選地加壓橡膠以在其接觸電極時(shí)進(jìn)行熱固或硫化過程，將橡膠結(jié)合至電極?？烧{(diào)整電極的表面然后施加未處理的橡膠，例如通過蝕刻或其他化學(xué)過程。
[0045]優(yōu)選地，方法包括將傳導(dǎo)板和密封件夾在非傳導(dǎo)隔板之間。兩個(gè)隔板可通過任何適當(dāng)?shù)氖侄螉A在傳導(dǎo)板周圍，例如通過封裝電極堆棧的框架或通過將每對(duì)隔板連接在一起的螺釘。
[0046]隔板可用于隔開進(jìn)入和離開陰極流動(dòng)路程和陽極流動(dòng)路程的流體流。隔板可包括將傳導(dǎo)板暴露在反應(yīng)區(qū)中的開口。優(yōu)選地，方法包括橫跨陽極和陰極之間的這些開口放置膜，從而膜夾在相鄰的電極之間。
[0047]隔板可包括通孔，當(dāng)許多電極室堆棧在一起時(shí)，所述通孔形成水入口和出口通道。 可具有一個(gè)或多個(gè)陽極入口通道和陽極出口通道。類似地，可有一個(gè)或多個(gè)陰極入口通道和陰極出口通道。方法優(yōu)選包括將管沿著堆棧中所有隔板的通孔穿過，以完成入口和出口通道。有利地，使用沿著通孔的管也可用于對(duì)齊電極堆棧中的室。
[0048]方法可包括上面就第三方面討論的步驟。方法可包括提供如上面就第一或第四方面的優(yōu)選的特征闡釋的電滲析裝置的其他特征。
[0049]從第七方面看，本發(fā)明提供電滲析裝置，其包括:多個(gè)陰極、多個(gè)陽極和多個(gè)膜； 陰極和陽極在電極堆棧中交替排列，膜在每個(gè)陰極和陽極之間，膜和陽極之間形成陽極流動(dòng)路程并且膜和陰極之間形成陰極流動(dòng)路程；電滲析裝置進(jìn)一步包括用于分配水至陽極流動(dòng)路程或至陰極流動(dòng)路程的入口歧管，其中入口歧管包括沿著其長(zhǎng)度配備孔的第一管，該孔連接至流動(dòng)路程，和位于第一管中并且由第一管封裝的第二管，第二管在一端具有入口和在其第二端被封閉，并且第二管沿著其長(zhǎng)度配備開向第一管的孔。
.[0050]通過使用該嵌套管的布置，水可均勻地分配至沿著電極堆棧的所有流動(dòng)路程。使用時(shí)，水可流過第二管的入口，流入并且沿著第二管流動(dòng)，流出第二管的孔進(jìn)入第一管，并且其后流出第一管進(jìn)入電極堆棧。該水路程和來自孔的節(jié)流用于沿著電極堆棧的長(zhǎng)度保持大體上恒定的壓力，并且因此水均勻地供應(yīng)至所有陽極/陰極流動(dòng)路程。
[0051]可僅為陰極或僅為陽極提供入口歧管，但是優(yōu)選地，為陰極和陽極二者提供類似的入口歧管。如上面所討論的，通過陰極流動(dòng)路程的流率比通過陽極流動(dòng)路程的流率更高是有利的。因此，優(yōu)選地，電滲析裝置包括如此用于陰極流動(dòng)路程的入口歧管，其布置為比用于陽極流動(dòng)路程的入口歧管流率更高。這可通過更大的歧管實(shí)現(xiàn)。但是，優(yōu)選地，裝置包括用于陰極流動(dòng)路程的兩個(gè)平行的入口歧管，平行地供應(yīng)水至流動(dòng)路程。當(dāng)僅僅有一個(gè)類似的用于陽極流動(dòng)路程的入口歧管時(shí)，這能夠確保與陽極流動(dòng)路程相比大約兩倍的陰極流動(dòng)路程流率。
[0052]歧管的管優(yōu)選是圓形的。圓形的管容易獲得和/或制造，和另外地，易于形成用于安裝圓形歧管的孔。但是，入口歧管的管不限于圓形管，并且可以是例如具有矩形橫截面或
另一管形的管。
[0053]第一管的孔優(yōu)選經(jīng)流動(dòng)導(dǎo)向裝置一例如上面討論的流動(dòng)調(diào)整元件連接至流動(dòng)路程。第一管的孔可采用橫向跨過管定位的狹縫形式。
[0054]第二管的孔可以是橫向跨過管定位的狹縫。第二管可在面向第一管的孔的第一側(cè)上具有孔。也可在對(duì)側(cè)上具有另外的孔。
[0055]優(yōu)選地，第二管位于第一管內(nèi)中心位置，即第一和第二管可以是同心的。
[0056]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陽極和陰極由隔板支撐并且隔板配備通孔，其中入口歧管沿著隔板中的通孔定位，并且優(yōu)選地其中第一管中的孔開向隔板中形成的流動(dòng)導(dǎo)向部件。 第一管可以是通過對(duì)齊隔板中的通孔形成的管。第二管可以是插入第一管中的管道。
[0057]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，電滲析裝置具有如上面結(jié)合第一或第四方面討論的特征。
[0058]從第八方面看，本發(fā)明提供一種方法，其包括上述電滲析裝置用于處理海水的應(yīng)用，優(yōu)選用于處理壓艙水的應(yīng)用。
[0059]從第九方面看，本發(fā)明提供制造電滲析裝置的方法，所述電滲析裝置包括:多個(gè)陰極、多個(gè)陽極和多個(gè)膜；陰極和陽極在電極堆棧中交替排列，膜在每個(gè)陰極和陽極之間，膜和陽極之間形成陽極流動(dòng)路程并且膜和陰極之間形成陰極流動(dòng)路程；方法包括提供用于分配水至陽極流動(dòng)路程或至陰極流動(dòng)路程的入口歧管，其中入口歧管包括沿著其長(zhǎng)度配備孔的第一管，和在一端具有入口和在其第二端被封閉的第二管，并且第二管也配備孔，方法進(jìn)一步包括在電極 堆棧中提供第一管，從而第一管的孔連接至流動(dòng)路程和將第二管定位在第一管中，從而第二管位于第一管中并且由第一管封裝，并且第二管的孔開向第一管。
[0060]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，陽極和陰極由隔板支撐，并且隔板配備通孔，方法包括在電極堆棧中沿著隔板的通孔提供入口歧管。
[0061]方法可包括如上面就第三或第六方面討論的步驟。方法可包括提供如上面就第一或第四方面的優(yōu)選特征闡釋的電滲析裝置的其他特征。
[0062]從第十方面看，本發(fā)明提供用于處理水的電滲析裝置，其包括:膜電池，用于監(jiān)測(cè)弓丨入水溫度的溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備和用于在引入水到達(dá)膜電池之前增加其溫度的加熱器，其中加熱器布置為當(dāng)初始水溫度低于預(yù)定水平時(shí)操作來增加引入水的溫度。
[0063]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，引入水的溫度低于某一水平導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電滲析裝置需要的電能顯著增力口。電能的該增加可小于加熱水需要的電能。因此，當(dāng)初始溫度過低時(shí)，通過加熱水提高了系統(tǒng)的效率。
[0064]電滲析裝置優(yōu)選地用于處理海水，更優(yōu)選用于處理壓艙水。電滲析裝置可用于安裝在船只比如輪船上。
[0065]加熱器可以是電能加熱器或燃料加熱器。但是，優(yōu)選地，加熱器由廢熱提供動(dòng)力， 其可以例如通過來自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的廢熱提供或通過從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣回收的熱提供。這進(jìn)一步提高了效率。加熱器可包括換熱器或類似的設(shè)備。
[0066]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)初始溫度小于10°C時(shí)，更優(yōu)選地當(dāng)初始溫度小于15°C時(shí)和仍更優(yōu)選地當(dāng)溫度小于16°C時(shí)操作加熱器來增加引入水的溫度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于海水，當(dāng)溫度下降小于16°C時(shí)，出現(xiàn)能量使用的顯著增加。優(yōu)選地，水加熱至高于16°C，更優(yōu)選地至少18°C和任選地至20°C或更高。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于海水，超過約20°C的溫度沒有能量使用的顯著減少。
[0067]從第十一方面看，本發(fā)明提供通過使用膜電池的電滲析處理水的方法，方法包括: 監(jiān)測(cè)引入水的溫度并且如果初始水溫度低于預(yù)定水平在其到達(dá)膜電池之前增加引入水的溫度。
[0068]優(yōu)選地，方法是處理海水的方法，更優(yōu)選地是處理壓艙水的方法。方法可用于處理在船只比如輪船上的壓艙水。
[0069]加熱水的步驟可使用加熱器。加熱器可以是電能加熱器或燃料加熱器。但是，優(yōu)選地，方法包括通過使用熱加熱水，其可例如通過來自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的廢熱提供，或通過從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣回收的熱提供。
[0070]優(yōu)選的實(shí)施方式包括當(dāng)初始溫度小于10°C時(shí)，更優(yōu)選當(dāng)初始溫度小于15°C時(shí)和仍更優(yōu)選地當(dāng)溫度小于16°C時(shí)，增加引入水的溫度。優(yōu)選地，水加熱至高于16°C，更優(yōu)選加熱至至少18°C和任選地至20°C或更高。
[0071]從第十二方面看，本發(fā)明提供制造電滲析裝置的方法，其包括提供膜電池，提供用于監(jiān)測(cè)引入水溫度的溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備，和提供用于在引入水到達(dá)膜電池之前增加其溫度的加熱器，加熱器布置為當(dāng)初始水溫度低于預(yù)定水平時(shí)操作來增加引入水的溫度。
[0072]可組合上述方面和優(yōu)選實(shí)施方式的電滲析裝置和方法。上述方面和優(yōu)選實(shí)施方式的電滲析裝置可包括下列特征的一種或多種和/或可并入包括任何下列特征的水處理裝置。
[0073]膜可以是用于水的電滲析的任何合適的膜，比如水不可滲透的離子交換膜。例如， 如果膜電池由AC電供電，則可任選地使用離子選擇性膜。
[0074]電滲析處理優(yōu)選應(yīng)用至待處理水的僅僅一部分，該部分與水的主體分開，并且電滲析裝置的產(chǎn)物返回水的剩余部分以處理全部水。在優(yōu)選的水處理裝置`中，電滲析裝置處理的水部分優(yōu)選就在處理之前與引入水流分開，并且接著隨著水的剩余部分經(jīng)過而通過電滲析裝置——而不被電滲析裝置處理。因此，裝置可包括主流動(dòng)路程，其中入口流動(dòng)路程布置為將一部分流從主流動(dòng)路程分離，并且引導(dǎo)其通過電滲析裝置?？蛇x地，電滲析裝置處理的水部分可從分開的源提供，例如鹽水或咸水的外部源。在兩種情況下，裝置可包括從出口流動(dòng)路程至主流動(dòng)路程的連接，其中出口流動(dòng)路程將電滲析裝置的產(chǎn)物添加至主流動(dòng)路程。
[0075]未被電滲析裝置處理的水可暴露于其他處理，有效地與對(duì)所述水部分的電滲析處理平行，例如空化處理或氮注入處理，如下面更詳細(xì)討論的。
[0076]優(yōu)選地，按體積計(jì)小于10%，更優(yōu)選小于5%和仍更優(yōu)選小于2%的進(jìn)入處理裝置的總水流通過電滲析裝置。盡管取決于條件可使用低至1%或0.5%的量，但是按體積計(jì)約1.6% 的量是優(yōu)選的。通過改變電滲析裝置中使用的電流和水的鹽度，可能操縱必要的流量。因此，取決于這些因素和具體的處理應(yīng)用，使用的流量可以更大或更小。
[0077]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明是壓艙水處理裝置。如上面所討論的，該類型的水處理對(duì)于壓艙水是尤其期望的。許多現(xiàn)有的水處理不適于壓艙水處理，這是因?yàn)樵诙虝r(shí)間間隔內(nèi)需要處理大量的水。因?yàn)閮H僅一部分水需要通過電滲析裝置，水的剩余部分不穿過電滲析裝置，所以與需要全部水直接被電處理作用的備選方案相比，處理可在給定時(shí)間內(nèi)應(yīng)用于更大體積的水。
[0078]電滲析裝置可用于分別在陰極和陽極生產(chǎn)淡水流和濃縮物流，返回水的電滲析裝置的產(chǎn)物由這些流的一種或二者的一些或所有組成。電滲析裝置的產(chǎn)物可簡(jiǎn)單地為電滲析裝置產(chǎn)生的一些或所有的濃縮物流。但是，優(yōu)選地，電滲析裝置的產(chǎn)物是一些或所有的濃縮物流的混合物，理想地其大部分與至少一部分淡水流的混合物，理想地淡水流以比濃縮物量更小的量。濃縮物流包含增加含量的不同氧化物，并且當(dāng)電滲析裝置的產(chǎn)物返回主水流時(shí)，氧化物對(duì)于殺死水中的微生物或使其失活尤其有效。
[0079]電滲析處理之后，濃縮物可比處理之前的水具有更低的pH，并且淡水可具有更高的pH?；旌蠞饪s物與一些或所有的淡水使得調(diào)整電滲析裝置的產(chǎn)物的pH。
[0080]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，濃縮物流和至少一部分淡水流在穿過電滲析裝置之后立即混合。這可通過移出一部分淡水流，并接著混合淡水的剩余部分與濃縮物流實(shí)現(xiàn)。移出的淡水的量可在按體積計(jì)20%和80%之間。在可選的優(yōu)選實(shí)施方式中，返回主水流的電滲析裝置的產(chǎn)物是所有淡水流連同所有的濃縮物流。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些情況下，需要全部淡水， 以在電滲析裝置的產(chǎn)物混合之后提供期望的PH和終水流的其他特性。在該情況下，淡水和濃縮物可一起反應(yīng)以消耗來自水的所有的氧化物和活性產(chǎn)物。但是，在所有的氧化物和活性產(chǎn)物被淡水和濃縮物的反應(yīng)消耗之前，也發(fā)生殺死微生物的反應(yīng)。而且，電滲析過程不是完全可逆的。例如，反應(yīng)可產(chǎn)生離開水的氣體比如氫和氯。
[0081 ] 為了控制混合比，監(jiān)測(cè)pH，并且控制平衡以保持pH在期望的范圍內(nèi)?？赏ㄟ^pH電極進(jìn)行PH監(jiān)測(cè)。優(yōu)選地，保持pH小于6，例如在從4至6的范圍內(nèi)，通常在約5的pH?？赏ㄟ^改變添加至濃縮物的淡水的量，例如通過改變混合之前移出的淡水的量，控制電滲析裝置的產(chǎn)物的混合比和pH。通過控制供應(yīng)至電滲析裝置的電流或電壓也可進(jìn)行pH的控制， 從而改變所得電滲析作用的強(qiáng)度，并且因此改變濃縮物的氧化強(qiáng)度。
[0082]裝置可包括用于移出一部分淡水流的淡水移出流動(dòng)路程。為了促進(jìn)濃縮物和未移出的淡水的混合，裝置可在出口流動(dòng)路程之前包括混合區(qū)域。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，混合區(qū)域是緩沖液罐。可選地，可隨著濃縮物和淡水流過出口流動(dòng)路程，將其混合。混合可與濃縮物流和未移出部分的淡水流與主流混合同時(shí)發(fā)生，即電滲析裝置的產(chǎn)物可由兩部分組成:僅僅當(dāng)這兩部分與水的剩下部分混合時(shí)這兩部分混合。可通過混合區(qū)域或出口流動(dòng)路程中的靜態(tài)混合器或湍流誘導(dǎo)工具促進(jìn)混合。
[0083]移出的淡水可在電滲析裝置之前再注入水上游。如果其他處理階段包括在水處理裝置中，比如空化處理或過濾處理，那么淡水的剩余部分優(yōu)選在其他處理階段之.前并且甚至在壓艙泵(ballast pump)之前再注入。再注入淡水避免對(duì)其處理的需要。淡水也將有利地用作清洗劑，尤其用于過濾過程——如果其在過濾之前注入。
[0084]可通過監(jiān)測(cè)氧還原勢(shì)(ORP)和/或總殘余氧化物(TRO)的消耗，控制再注入主流的濃縮物和淡水的特性和量。ORP期望值的范圍可為250 - 800mV,更優(yōu)選300 - 500mV。再注入之后TRO的即刻初始值優(yōu)選地在I和IOmg C1/L之間，更優(yōu)選在2和5mg C1/L之間， 通常在I至36小時(shí)時(shí)期之后快速下降至0.01-1mg Cl/L。TRO的消耗強(qiáng)烈依賴于待處理水的特性。為了使電滲析裝置的性能最優(yōu)化，期望布置校準(zhǔn)流環(huán)，其允許在開始實(shí)際的水處理之前預(yù)先設(shè)定電流和混合比。當(dāng)ORP和/或TRO測(cè)量值超過期望的范圍時(shí)，那么相應(yīng)地調(diào)整電滲析裝置的操作。
[0085]為了引導(dǎo)水流，裝置可包括導(dǎo)管、管道、擋板等。電滲析裝置可整合入主水流的流動(dòng)路程，并且因此裝置可包括主流管道或主流的導(dǎo)管，更小的管道或?qū)Ч芑蝾愃莆镉糜谝龑?dǎo)一部分主流通過該裝置。可選地，電滲析裝置可提供為單機(jī)裝置，其可連接至現(xiàn)有的水導(dǎo)管以處理其中的水。在該情況下，處理裝置可包括用于將單機(jī)裝置連接至現(xiàn)有導(dǎo)管的合適管道或?qū)Ч?，以及需要的閥門、計(jì)量泵(一個(gè)或多個(gè))等。
[0086]鹽水的獨(dú)立源可用于增加用于電滲析裝置的輸入電解質(zhì)并且增加其鹽度。這可能是例如作為淡水生產(chǎn)的副產(chǎn)物產(chǎn)生的鹽水或在專用鹽水生產(chǎn)工廠，比如反滲工廠中產(chǎn)生的鹽水。循環(huán)反滲工廠可用于產(chǎn)生飽和的鹽水溶液，用于添加至輸入電解質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)用于處理淡水或弱含鹽水時(shí)，需要添加鹽水或類似物，因?yàn)榉駝t電處理將不是有效的，這是由于水中缺乏離子。鹽水也可添加至低鹽含量的海水，以便使電解質(zhì)的含鹽量至優(yōu)選的水平。在較低的鹽含量，需要較大的電流以實(shí)現(xiàn)使用電滲析裝置的相同處理效果。因此，通過增加鹽含量，可實(shí)現(xiàn)能量使用的減少。作為例子，在北海(North Sea)，千分之25或更高的鹽度是典型的，而在波羅的海，表面水具有約千分之7的低得多的鹽度。優(yōu)選地，鹽水添加至電滲析裝置的輸入電解質(zhì)，以保持至少千分之25的鹽度。
[0087]優(yōu)選地，處理之后，將水保存在容器或罐中一段時(shí)間。這使得來自電滲析裝置的產(chǎn)物的氧化物和活性物質(zhì)對(duì)水中的微生物和其他有害物質(zhì)有充分的作用時(shí)間。在具體優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明用于船的壓艙水處理，其中水當(dāng)被接收到壓艙罐中時(shí)進(jìn)行處理，并且接著其在排出之前存儲(chǔ)在壓艙罐中。在該情況下，當(dāng)船在重新裝載貨物和排出壓艙水之前從港口到港口移動(dòng)時(shí)，通常有合理的存儲(chǔ)時(shí)間。該時(shí)間可有利地用于允許電滲析裝置產(chǎn)物的處理生效。
[0088]處理流動(dòng)路程可由主流動(dòng)路程外部的導(dǎo)管形成。這使得現(xiàn)有水流動(dòng)路程容易調(diào)整，以通過添加適當(dāng)?shù)娜肟诤统隹诮雍宵c(diǎn)(junction)來包括處理裝置。可選地，處理流動(dòng)路程可與主流動(dòng)路程整合為單個(gè)裝置。
[0089]水處理裝置可任選地包括氣體注入裝置，用于在電滲析裝置的產(chǎn)物返回水之前或同時(shí)將氮?dú)庾⑷胨?。在一些情況下，優(yōu)選在電滲析裝置的產(chǎn)物返回水之后立即注入氮?dú)?。認(rèn)為水的氮化作用延長(zhǎng)氧化物處理，并且也具有有益的腐蝕降低作用。
[0090]氮?dú)饪勺⑷胨械幕虿糠炙鳎缭赪02008/047084中討論的。氮?dú)鈨?yōu)選以足夠量注入以確保處理的水用氮?dú)膺^飽和。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，部分水流從主流分離，并且氮?dú)庾⑷朐摬糠帧?yōu)選地，該部分水流小于水流總體積的15%。當(dāng)?shù)乃髟僖胫魉鲿r(shí)，靜態(tài)混合器可用于促進(jìn)兩個(gè)水流的混合。
包括用于對(duì)水施加空化處理的空化裝置。使用空化裝置對(duì)水中的微生物和其他活的或非活的物質(zhì)產(chǎn)生物理作用，并且因此分解這些有害的成分。優(yōu)選地，空化裝置放置為在應(yīng)用電滲析處理之前處理水。任選的空化處理可因此用于消除更大的和更復(fù)雜的生物體，以及分解其他不期望的物質(zhì)，并且尤其分解微生物群或簇(clump)。 這可為電滲析裝置的處理作用提供預(yù)處理，因?yàn)槠茐牡暮头纸獾纳矬w更容易被膜電池的產(chǎn)物攻擊，可接著提供最終水平的處理，其消除任何殘留的生物體，并且能夠更有效地起作用，這是因?yàn)楦蟪叽绲纳矬w和生物體群已經(jīng)被分解的事實(shí)。[0092]可選的預(yù)處理或另外的預(yù)處理可任選地通過對(duì)水施加高頻率交流電的電處理裝置提供，頻率足夠高以物理破壞水中的微生物。電處理裝置可包括與流動(dòng)水接觸的電極。 足夠高意思是頻率足夠高以提供對(duì)微生物的物理作用。例如，可使用至少50Hz的頻率，優(yōu)選至少500Hz和更優(yōu)選至少IkHz的頻率。優(yōu)選地，頻率足夠高以破壞或弱化生物體的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜或細(xì)胞核。
[0093]電極可以1-相或3-相構(gòu)造連接。施加的頻率的特征可為其中頻率改變，例如掃頻或噪聲圖。優(yōu)選地，使用中等電壓，例如對(duì)于1-相構(gòu)造可使用小于120伏特的電壓。避開高壓避免電擊身亡的風(fēng)險(xiǎn)和與高壓相關(guān)的其他危險(xiǎn)。
[0094]上述各個(gè)方面的方法，在優(yōu)選的實(shí)施方式中可包括對(duì)應(yīng)優(yōu)選的上面討論的裝置特征的方法特征。方法可用于處理壓艙水，并且方法優(yōu)選地包括:根據(jù)上面闡釋的任何方面或優(yōu)選的實(shí)施方式處理用于填充壓艙罐的水，任選地將氮?dú)庾⑷胨校瑢⑻幚淼乃鎯?chǔ)在壓艙罐中，從罐中排出水,任選地通過注入包含氧的氣體處理排出的水,任選地向水施加重復(fù)的殺微生物動(dòng)作，和將水釋放至環(huán)境。
[0095]通過處理水，當(dāng)水進(jìn)入和離開罐時(shí)，存儲(chǔ)和釋放非期望物質(zhì)尤其是微生物和其他有機(jī)物的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，這是因?yàn)楦鞣N處理步驟導(dǎo)致這類物質(zhì)分解成非危險(xiǎn)狀態(tài)。將氮?dú)馊芜x的注入隨后存儲(chǔ)的水中，通過減少溶解在水中的氧氣量減少了壓艙罐的腐蝕。另外，這減少了腐蝕保護(hù)系統(tǒng)比如涂層和涂料的風(fēng)化，因?yàn)檠趸沁@種風(fēng)化的原因。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0096]現(xiàn)在將僅僅通過實(shí)例的方式并且參考附圖，描述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，其中:
[0097]圖1顯示具有電滲析裝置的壓艙水處理系統(tǒng)，
[0098]圖2圖解包括電極堆棧的電滲析裝置，
[0099]圖3顯示如圖2的裝置中使用的單個(gè)電極室，
[0100]圖4顯示電極板和密封件，
[0101]圖5是電滲析裝置的部分剖視圖，其中可見流量分配器，
[0102]圖6是流量分配器內(nèi)管的透視圖，
[0103]圖7是顯示流動(dòng)調(diào)整元件的隔板的局部視圖，
[0104]圖8是示意性線框圖，其顯示流量分配器和流動(dòng)調(diào)整元件的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，
[0105]圖9是通過兩個(gè)陰極室和一個(gè)陽極室一部分的橫截面，其顯示電極的前沿，
[0106]圖10顯示當(dāng)未使用優(yōu)選的流量分配器時(shí)，在計(jì)算機(jī)模型中，沿著電極堆棧，通過每個(gè)陰極室的速度的圖，
[0107]圖11顯示當(dāng)使用優(yōu)選的流量分配器時(shí)，在計(jì)算機(jī)模型中，沿著電極堆棧，通過每個(gè)陰極室的速度的圖，
[0108]圖12顯示當(dāng)未使用優(yōu)選的流動(dòng)調(diào)整元件時(shí)，在計(jì)算機(jī)模型中，橫跨陰極流動(dòng)路程寬度的速度的圖，和
[0109]圖13顯示當(dāng)使用優(yōu)選的流動(dòng)調(diào)整元件時(shí)，在計(jì)算機(jī)模型中，橫跨陰極流動(dòng)路程寬度的速度的圖。
【具體實(shí)施方式】[0110]圖1的布置使用壓艙水處理系統(tǒng)中的電滲析裝置，但是認(rèn)識(shí)到存在優(yōu)選電滲析裝置的其他應(yīng)用，并且可調(diào)整電滲析裝置以適合不同的要求。尤其地，應(yīng)理解本文描述的電滲析裝置可用于壓艙水處理，或用于其他水處理應(yīng)用，而不需要結(jié)合圖1示例性布置中顯示的其他處理類型。
[0111]因此，圖1圖解包括電滲析裝置8的壓艙水處理系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，過濾水和然后通過空化裝置10、氣體注入裝置14和電滲析裝置8處理。這一系列的處理使得水中的生物體破壞和死亡。以及影響水中的生物體，在注入裝置14添加至水的氮?dú)饨档退腥芙獾难鯕馑?，并且減少生物體再生長(zhǎng)的可能，以及減小涂層的風(fēng)化和腐蝕的速度。此外，認(rèn)為氧氣的減少延長(zhǎng)經(jīng)電滲析裝置的產(chǎn)物8引入水中的氧化物的作用。通過控制的氣氛管理，當(dāng)壓艙罐通過使用氮?dú)馀趴諘r(shí)，這些作用被進(jìn)一步提高。
[0112]在壓艙罐的填充期間，通過使用船的壓艙泵系統(tǒng)2，從大海通過入口管I泵送壓艙水。泵2之后，水流通過管道并且通過第一過濾器4過濾，其從水中過濾較大的顆粒。這些形成在壓艙上升道(uptake)排出的淤泥。
[0113]在第一過濾器4的下游，可任選地安裝增壓器。增壓器可用于保持在裝置進(jìn)一步下游成功處理所需要的水壓水平。
[0114]在該實(shí)施例中，水然后繼續(xù)流入空化裝置10。在空化裝置10中，通過流體流速的快速加速誘導(dǎo)水動(dòng)力空化，其使得流體靜壓力快速下降至流體蒸汽壓力。然后，這導(dǎo)致蒸汽泡形成。在使得氣泡生長(zhǎng)的控制時(shí)間段之后，接著是快速控制的減速。這使得流體靜壓力快速上升，其造成蒸汽泡劇烈破裂或爆炸，使水中的任何生物體或類似物暴露于高強(qiáng)度壓力和溫度脈沖下，這使得水中的生物體分解。
[0115]空化裝置10之后，部分水流過電滲析裝置8。水的剩余部分未被電滲析裝置8處理，并且可簡(jiǎn)單地繼續(xù)沿著管道或?qū)Ч芰鲃?dòng)至稍后的處理階段。在圖1的實(shí)施方式中，電滲析裝置外部安裝至主流導(dǎo)管，并且因此可改造更新現(xiàn)有的處理系統(tǒng)。
[0116]在可選的實(shí)施方式中`，代替或除了通過電滲析裝置8處理引入的壓艙水，鹽水或咸水的另一來源24可用作電滲析裝置8的輸入電解質(zhì)。這可以是，例如，作為船淡水生產(chǎn)中副產(chǎn)物產(chǎn)生的鹽水。
[0117]優(yōu)選實(shí)施方式的電滲析裝置8配備溫度控制系統(tǒng)9。這用于確保電滲析裝置8使用的水不下降至設(shè)定的溫度以下。溫度控制系統(tǒng)9包括監(jiān)測(cè)引入水溫度的溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備9a和在引入水到達(dá)電滲析裝置8的膜電池之前增加引入水溫度的加熱器％，加熱器9b布置為當(dāng)初始水溫度低于預(yù)定水平時(shí)操作來增加引入水的溫度。在該實(shí)施方式中，預(yù)定水平是16°C。如果引入水的溫度低于16°C，那么使用加熱器將水加熱上至約20°C。加熱器9b使用來自船發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱。
[0118]下面參考圖2至9詳細(xì)描述的電滲析裝置8產(chǎn)生淡水流11和濃縮物流12。這兩個(gè)流前進(jìn)至PH平衡器或混合裝置13，其產(chǎn)生引導(dǎo)返回主水流的電滲析裝置8的產(chǎn)物17，并且取決于產(chǎn)物17的組成，混合裝置13也可給出(give out)淡水殘余物(residue) 18。混合裝置13包括泵或類似物，以控制添加至濃縮物12的淡水11的量，以形成電滲析裝置8的最佳產(chǎn)物17。
[0119]在電滲析裝置8的產(chǎn)物17注入點(diǎn)的下游，有取樣和測(cè)量點(diǎn)15，其測(cè)量ORP和/或TR0，將測(cè)量值傳送至混合裝置13。這些測(cè)量監(jiān)測(cè)電滲析裝置8對(duì)水的作用，并且用于控制混合裝置13，例如通過控制計(jì)量泵。
[0120]淡水殘余物18可在所有處理步驟之前并且優(yōu)選地也在過濾器4和/或壓艙水泵2之前再注入引入水?？蛇x地，其可保存在儲(chǔ)存罐25或船的艙底水罐26中。
[0121]在顯示的布置中，在電滲析裝置8的產(chǎn)物17返回主流之后，氣體注入裝置14處理水。但是，在可選的布置中，產(chǎn)物17返回氣體注入裝置14下游的主流，監(jiān)測(cè)裝置15類似地在氣體注入裝置14的下游，監(jiān)測(cè)產(chǎn)物17已經(jīng)混合之后水的狀況。
[0122]在氣體注入裝置14中，使用蒸氣/氮?dú)庾⑸淦骰驓怏w/水混合器，將氮?dú)?6注入引入水，以便實(shí)現(xiàn)水中期望水平的氮過飽和，其殺死生物體，并且通過減少氧氣水平減少腐蝕。這也延長(zhǎng)水中氧化物的處理作用。
[0123]處理裝置的下游，通過船的壓艙水管道系統(tǒng)23，將處理的水分配至壓艙水罐。這里，抽空過多的氣體，直到實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的狀況。這通過與罐通風(fēng)系統(tǒng)整合的閥門調(diào)節(jié)。這些閥門確保壓艙水保留在罐中期間罐中穩(wěn)定的狀況，尤其水中高水平的氮過飽和和低水平的溶解氧。保持過飽和水平導(dǎo)致通過過飽和本身并且也通過由電滲析裝置8引入的氧化物二者造成的持續(xù)的水處理。因此，處理產(chǎn)生處理的水，其在水存儲(chǔ)在壓艙罐中時(shí)繼續(xù)殺死任何活的生物體或使其失活。
[0124]水接著留下靜置在壓艙水罐中。當(dāng)排出壓艙水時(shí)，水流過排出處理過程，該過程使水的含氧量返回至環(huán)境可接受的水平，進(jìn)行排放。從壓艙罐泵送水，并且至少經(jīng)過氣體注入裝置14。這用于將氧氣返回水——因?yàn)榭諝馓鎿Q氮?dú)庾鳛樽⑷霘怏w。任選地，隨著水排出，其可通過空化裝置10再處理。
[0125]現(xiàn)在將闡釋電滲析裝置8的操作。下面參考圖2至9描述電滲析裝置8結(jié)構(gòu)布置的實(shí)施方式。如上面所討論，電滲析是電子膜過程，在該過程中，離子運(yùn)輸通過流體系統(tǒng)中的離子交換膜。在電滲析裝置的最簡(jiǎn)單實(shí)施中，單個(gè)膜放置在電極之間。在兩個(gè)電極之間施加電壓產(chǎn)生的電荷允許.離子被驅(qū)動(dòng)通過膜，條件是流體是傳導(dǎo)性的。通過圖中未顯示的常規(guī)類型的電源連接點(diǎn)施加電壓。兩個(gè)電極分別表示陽極和陰極。電荷在不同的電極產(chǎn)生不同的反應(yīng)。在陽極，電解質(zhì)將具有酸性特性，而在陰極，電解質(zhì)的特性將變?yōu)閴A性。選擇電滲析中使用的膜以能夠允許離子交換同時(shí)膜是液體不可滲透的。這使得堿性溶液與酸性溶液保持分開。
[0126]其中引入電解質(zhì)是從壓艙水管線引入的壓艙水(即海水)的電滲析膜電池中發(fā)生的各種反應(yīng)顯示在下面表I中。這包括陰極側(cè)上產(chǎn)生水鎂石(Mg(OH)2)的反應(yīng)。因?yàn)槌蒜c和鎂鹽之外，水中還可存在多種化合物，所以也將發(fā)生其他反應(yīng)。
[0127]表I
[0128]..............................................................在陽麗反應(yīng):............................................................................................................................................................................................................................................在陰麗反應(yīng):
在陽極的反應(yīng):在陰極的反應(yīng):
【權(quán)利要求】
1.電滲析裝置，其包括:多個(gè)陰極、多個(gè)陽極和多個(gè)膜；所述陰極和所述陽極在電極堆棧中交替排列，膜在每個(gè)陰極和陽極之間，所述膜和所述陽極之間形成陽極流動(dòng)路程并且所述膜和所述陰極之間形成陰極流動(dòng)路程；所述電滲析裝置進(jìn)一步包括:用于分配水至所述陽極流動(dòng)路程或至所述陰極流動(dòng)路程的入口歧管，其中所述入口歧管包括沿著其長(zhǎng)度配備孔的第一管，所述孔連接至所述流動(dòng)路程，和位于所述第一管中并且由所述第一管封裝的第二管，所述第二管在一端具有入口和在其第二端被封閉，并且所述第二管沿著其長(zhǎng)度配備開向所述第一管的孔。
2.如權(quán)利要求1所述的電滲析裝置，包括用于所述陰極和所述陽極二者的類似入口歧管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電滲析裝置，其中用于所述陰極流動(dòng)路程的所述入口歧管布置為比用于所述陽極流動(dòng)路程的所述入口歧管更高的流率。
4.如權(quán)利要求2所述的 電滲析裝置，包括用于所述陰極流動(dòng)路程的兩個(gè)平行的入口歧管，其平行于所述陰極流動(dòng)路程供應(yīng)水，和用于所述陽極流動(dòng)路程的單個(gè)入口歧管，借此所述陰極流動(dòng)路程以比所述陽極流動(dòng)路程更高的流率提供水。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電滲析裝置，其中所述第一管的孔經(jīng)流動(dòng)導(dǎo)向裝置連接至所述流動(dòng)路程。
6.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電滲析裝置，其中所述第一管的孔采用橫向跨過所述管定位的狹縫形式。
7.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電滲析裝置，其中所述第二管的孔是橫向跨過所述管定位的狹縫。
8.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電滲析裝置，其中所述第二管包括面向所述第一管的孔、在所述第二管第一側(cè)上的孔，和/或第二管包括背向所述第一管的孔、在所述第二管第二側(cè)上的孔。
9.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電滲析裝置，其中所述第二管同心定位在所述第一管中。
10.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電滲析裝置，其中所述陽極和所述陰極由隔板支撐， 并且所述隔板配備通孔，和其中所述入口歧管沿著所述隔板中的通孔定位，所述第一管中的孔開向所述隔板中形成的流動(dòng)導(dǎo)向部件。
11.如權(quán)利要求10所述的電滲析裝置，其中所述第一管是通過對(duì)齊所述隔板中的通孔形成的管，并且所述第二管是插入所述第一管中的管道。
12.一種方法，其包括前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電滲析裝置用于海水處理的應(yīng)用，優(yōu)選用于壓艙水處理的應(yīng)用。
13.制造電滲析裝置的方法，其包括:多個(gè)陰極、多個(gè)陽極和多個(gè)膜；所述陰極和所述陽極在電極堆棧中交替排列，膜在每個(gè)陰極和陽極之間，所述膜和所述陽極之間形成陽極流動(dòng)路程，并且所述膜和所述陰極之間形成陰極流動(dòng)路程；所述方法包括:提供用于分配水至所述陽極流動(dòng)路程或至所述陰極流動(dòng)路程的入口歧管，其中所述入口歧管包括沿著其長(zhǎng)度配備孔的第一管，和在一端具有入口和在其第二端被封閉的第二管，并且所述第二管也配備孔；所述方法進(jìn)一步包括:在所述電極堆棧中提供所述第一管，從而所述第一管的孔連接至所述流動(dòng)路程，和將所述第二管定位在所述第一管中，從而所述第二管位于所述第一管中并且由所述第一管封裝，并且所述第二管的孔開向所述第一管。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述陽極和所述陰極由隔板支撐，并且所述隔板配備通孔，所述方法包括:在所述電極堆棧中沿著所述隔板中的通孔提供所述入口歧管。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，包括通過對(duì)齊所述隔板中的通孔形成所述第一管，和將所述第二管插入并沿著所述第一管。
16.如權(quán)利要求13或14所述的方法，包括提供如權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)所述的電滲析裝置的特征。
17.一種電滲析裝置，其基本上如本文參考附圖的圖2至9所描述的。
18.制造電滲析裝置的.方法，其基本上如本文所描述的。
【文檔編號(hào)】C02F1/469GK103443035SQ201280013616
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月17日
【發(fā)明者】A·B·安德森 申請(qǐng)人:海洋保護(hù)公司