改进的电去离子模块和装置

摘要

本发明涉及适合在电场的影响下转移液体中存在的离子的改进的电去离子（EDI）模块和装置。特别地，本发明的EDI模块包含阴极(7)和与阴极(7)隔开的阳极(8)，在它们之间具有至少两个离子可透膜——包含至少一个阴离子可透膜(2)和至少一个阳离子可透膜(1)并划定一个或多个稀释隔室(5)和一个或多个浓缩隔室(6)，其中至少一个稀释隔室(5)含有至少两个块体——含有阴离子交换材料的第一块体(4)和含有阳离子交换材料的第二块体(3)，其中所述第一块体的表面毗邻阴离子可透膜(2)且所述第二块体的表面毗邻阳离子可透膜(1)且其中所述两个块体在液体通过方向上并排布置，由此在所述两个块体之间形成界面以使所述界面与所述阴离子可透膜(2)和所述阳离子可透膜(1)隔开且液体通过方向上的直线可经过所述两个块体之间的界面至少一次。

权利要求

1.一种电去离子（EDI）模块，其包括阴极(7)和与阴极(7)隔开的阳极(8)，在它们之间具有至少两个离子可透膜——包括至少一个阴离子可透膜(2)和至少一个阳离子可透膜(1)并划定一个或多个稀释隔室(5)和一个或多个浓缩隔室(6)，其中至少一个稀释隔室(5)含有至少两个块体(3，4)——含有阴离子交换材料的第一块体(4)和含有阳离子交换材料的第二块体(3)，其中所述第一块体(4)的表面毗邻阴离子可透膜(2)且所述第二块体(3)的表面毗邻阳离子可透膜(1)，且其中所述第一和第二块体(4，3)具有互补凸起和凹进并且并排布置并且所述互补凸起和凹进互相直接接触，在所述第一和第二块体(4，3)之间形成界面，其中使用所述第一和第二块体(4，3)完全填满所述至少一个稀释隔室(5)而不形成间隙或通道，其中所述界面横穿液体通过方向延伸通过所述至少一个稀释隔室(5)，其中所述界面与所述阴离子可透膜(2)和所述阳离子可透膜(1)隔开，且其中形成所述界面以使所述液体通过方向上的直线穿过所述界面至少一次。

2.根据权利要求1的EDI模块，其中所述第一和第二块体(4，3)之间的所述界面的至少一部分在横穿液体通过方向的方向上成波纹状。

3.根据权利要求1的EDI模块，其中所述第一块体(4)的与毗邻阴离子可透膜(2)的表面相反的表面和所述第二块体(3)的与毗邻阳离子可透膜(1)的表面相反的表面互补。

4.根据权利要求3的EDI模块，其中所述第一和第二块体(4，3)的至少一部分互补凸起和凹进在横穿液体通过方向的方向上起皱。

5.根据前述权利要求任一项的EDI模块，其中所述第一和第二块体(4，3)的所述互补凸起和凹进的至少一部分为楔形、锯齿形或波浪形。

6.根据权利要求1-4任一项的EDI模块，其中所述第一和第二块体(4，3)包含或由多孔材料或纤维材料制成。

7.根据权利要求6的EDI模块，其中所述第一和第二块体(4，3)包含或由非织造织物制成。

8.根据权利要求1-4任一项的EDI模块，其中所述第一块体(4)的孔隙率和所述第二块体(3)的孔隙率是5-95%。

9.根据权利要求1-4任一项的EDI模块，其中所述第一块体(4)的阴离子交换容量高于所述第二块体(3)的阳离子交换容量。

10.根据权利要求1-4任一项的EDI模块，其中所述至少一个阴离子可透膜(2)是阴离子交换膜且所述至少一个阳离子可透膜(1)是阳离子交换膜。

11.根据权利要求1-4任一项的EDI模块，其进一步包括至少一个紧固装置。

12.根据权利要求1-4任一项的EDI模块，其进一步包括一个或多个另外的填充有离子交换树脂珠的稀释隔室(5)。

13.用于生产高纯水或用于生产超纯水的电去离子（EDI）装置，其包括如前述权利要求任一项中所述的EDI模块。

14.一种实验室净水系统，其包括如权利要求1至12任一项中所述的EDI模块或如权利要求13中所述的EDI装置。

15.使用如权利要求1至12任一项中所述的EDI模块、如权利要求13中所述的EDI装置或如权利要求14中所述的实验室净水系统净化液体的方法，所述方法包括如下步骤：将待净化的液体进料至所述至少一个稀释隔室(5)中，

在施加电场下在液体通过方向上使待净化的液体经过所述至少一个稀释隔室(5)，和在所述至少一个稀释隔室(5)的出口收集净化的液体。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述液体是水。

说明书

改进的电去离子模块和装置

发明领域

[0001] 本发明涉及适合在电场的影响下转移液体中存在的离子的改进的电去离子（EDI）模块和装置。本发明具体涉及适合净化水性液以生产高纯水或超纯水的EDI装置和净化液体的方法。本发明还涉及使用该EDI模块或装置的实验室净水系统。

[0002] 发明背景

[0003] 电去离子（EDI）是通过这些离子吸附到能用氢离子（用于阳离子）或氢氧根离子（用于阴离子）交换这些离子的材料上并在阳极与阴极之间施加电场以除去吸附的离子来从液体，如水中除去离子的方法。

[0004] 典型的EDI模块具有至少一个稀释隔室（diluate compartment）（要加工的液体流经其中）和至少一个浓缩隔室（其吸收在稀释隔室中从该液体中除去的离子）。稀释隔室因此通常也被称作“产物通道”，浓缩隔室因此通常也被称作“废物通道”。

[0005] 在稀释隔室的一侧的外缘，通常存在阴离子可透膜，其划定了稀释隔室在该侧上的外部界限。稀释隔室的相反侧上的外部界限通常由阳离子可透膜划定。在这些膜的与稀释隔室相反的侧上形成一个或多个浓缩隔室。特别地，浓缩隔室通常在来自阴极侧的阴离子可透膜和来自阳极侧的阳离子可透膜之间形成。阳极侧隔室（也称作阳极隔室）和阴极侧隔室（也称作阴极隔室）是分别含有阳极或阴极并由膜定界的隔室。根据划定电极隔室的界限的膜的类型（和相邻隔室的类型），该电极隔室用于去阳离子或去阴离子或酸或碱的浓缩。因此，通常，由阴离子可透膜定界的阳极隔室浓缩酸，而由阳离子可透膜定界的阳极隔室被消耗盐阳离子。同样地，由阳离子可透膜定界的阴极隔室浓缩碱，而由阴离子可透膜定界的阴极隔室消耗盐阴离子。

[0006] 稀释隔室填充有离子交换材料，要去离子的水流经其中。稀释隔室中的离子交换材料在用氢离子（用于阳离子）或氢氧根离子（用于阴离子）交换时从该液体中选择性吸附离子。通过外加电场，使吸附的阴离子移向阳极并使吸附的阳离子移向阴极。一旦它们穿过各自的离子可透膜，它们就被送入浓缩隔室。浓缩隔室可能填充有离子交换材料或填充有惰性液体可透材料且液体流经各浓缩隔室，由此冲洗该隔室并将离子转移到废物中。

[0007] 如例如EP 1 282 463 B1中所述，EDI模块中所用的离子交换材料通常由聚合物珠形式的聚合物树脂制成。如例如US 6,423,205和US 2006/0091013中所述，已经以由含有阴离子交换和阳离子交换官能团的纤维制成的非织造织物或机织织物的形式制造备选的离子交换材料。在WO 2005/011849 A中描述了离子交换树脂珠和织物的组合。

[0008] 非织造织物或机织织物或多孔块体形式的离子交换材料能够增强该净化过程，多孔块体还能简化该模块的组装。此类材料通常通过多孔或纤维基底的接枝、接着化学处理由此将离子交换官能团引入该材料来制造。在下文中它们也简称为“接枝材料”。

[0009] 接枝材料还有可能实现离子交换材料在EDI模块的隔室内的特殊布置，这用离子交换树脂珠的床几乎不可能实现。

[0010] 关于EDI中的稀释隔室的构造，专利申请JP 07-100391 A描述了与液流平行布置、与相同极性的膜相邻并被中性开孔筛网分隔开的离子交换非织造织物层，而在US 6,423,205中，该筛网被认为具有离子交换能力。在使用离子交换筛网的情况下，在垂直于电场的接枝材料之间的双极界面处电化学增强水离解，且生成的H+和OH-离子再生接枝材料并可以交换由此从水中除去的离子污染物或可电离污染物。在如US 6,423,205的图3中公开的EDI装置中，所有层平行于膜和液流取向，纤维材料增加了用于去离子的活性表面，但由于它们与开孔筛网相比表现出流阻，大部分流体流经纤维材料之间的被筛网填充的通道。在这种情况下，需要长流径才能将水净化至高电阻率。连同具有平行于膜的层的隔室相对较薄，例如3毫米-5毫米的事实，该组装件生产每体积水所需的膜面积相对较高，并导致相对较高的材料成本。

[0011] 在US 2006/0091013中公开了一种改进，其中接枝材料层如US 2006/0091013的图2中所示垂直于膜和流向安置。在这种情况下，可以使用较厚的隔室，这降低压降和材料成本。由于所有的水可流经具有高比表面积的纤维材料，可以在相对较短路径中有效除去离子，这带来极好的净化性能。US 2006/0091013的作者声称，为了实现优异的净化性能，重要的是，水多次交替流经阳离子和阴离子交换材料之间的接触面，每1厘米稀释（diluate）通道长度中相反极性的接枝材料层之间的接触面通常有10个，这需要复杂的设备或大量的劳力切割这些层和组装该模块。

[0012] 如图5中所示，电化学增强的水离解基本在接枝材料与极性相反的膜之间的界面处发生，该离解生成接枝材料的再生所需的H+和OH-离子。可以在相邻接枝材料层之间的界面上增强水离解，但为此不青睐平行于电场的层取向。在此，可由于两种纤维材料之间的界面的一定“粗糙度”和由于电场线偏离电极之间的平行取向（例如由模块长度上的材料的不同电导率造成）而发生电化学增强的水离解。借助电场中的这种取向再生材料被认为要求施加相对较高的电位降并可能导致该去离子法的相对较低能量效率。

[0013] 作为US 2006/0091013中描述的技术的另一缺点，由于多个薄层中的取向（在此H+和OH-离子反方向迁移），浓度差可将其中一些推向极性相反的层之间的界面，在此它们会重组成水并因此无法用于与水中的离子污染物和可电离污染物交换。以类似方式，已从水中除去并在相应的离子交换材料内迁移的盐离子可在极性相反的接枝材料之间的界面上重组并因此退回水中，由此降低该净化法的电流效率。随着隔室厚度提高，由于H+和OH-离子重组成水以及脱除的盐阴离子和阳离子退回稀释隔室的水中而造成的电流效率的降低更显著。此外，在膜/接枝材料界面处生成的显著量的离子立即穿过相应的膜（H+离子穿过阳离子可透膜且OH-离子穿过阴离子可透膜）并直接前往各自的浓缩隔室而不参与接枝材料的再生。这进一步降低电流效率并引起浓缩隔室中的相应膜的表面上的强局部pH变化，由于结垢或材料降解的风险，这可能是不想要的。

[0014] 发明目的

[0015] 本发明的一个目的是提供就增强的净化法而言获益于流通型(flow-through)离子交换材料的优点并能实现离子交换材料的特殊布置的EDI模块，但其没有已知EDI模块和装置在模块、在未与离子交换材料充分相互作用的情况下流过离子交换材料之间的通道的制造和组装复杂性和降低的电流效率方面的上述缺点。

[0016] 本发明的另一目的是提供能以前所未有的效率和低制造和运行成本净化水性液以生产高纯水或超纯水的EDI装置以及以前所未有的效率和低运行和维护成本净化液体，特别是水的方法。

[0017] 本发明的再一目的是提供在实验室中容易使用并按需提供净化水的实验室净水系统。

[0018] 发明概述

[0019] 本发明涉及一种电去离子（EDI）模块，其包含阴极和与阴极隔开的阳极，在它们之间具有至少两个离子可透膜——包含至少一个阴离子可透膜和至少一个阳离子可透膜并划定一个或多个稀释隔室和一个或多个浓缩隔室，

[0020] 其中至少一个稀释隔室含有至少两个块体——含有阴离子交换材料的第一块体和含有阳离子交换材料的第二块体，其中所述第一块体的表面毗邻阴离子可透膜且所述第二块体的表面毗邻阳离子可透膜且其中所述两个块体在液体通过方向上并排布置，由此在所述两个块体之间形成界面以使所述界面与所述阴离子可透膜和所述阳离子可透膜隔开且液体通过方向上的直线可经过所述两个块体之间的界面至少一次。

[0021] 本发明还涉及一种EDI模块，其包含阴极和与阴极隔开的阳极，在它们之间具有至少两个离子可透膜——包含至少一个阴离子可透膜和至少一个阳离子可透膜并划定一个或多个稀释隔室和一个或多个浓缩隔室，

[0022] 其中至少一个稀释隔室含有至少两个块体——含有阴离子交换材料的第一块体和含有阳离子交换材料的第二块体，其中所述第一块体的表面毗邻阴离子可透膜且所述第二块体的表面毗邻阳离子可透膜且其中所述两个块体在液体通过方向上并排布置，由此在所述两个块体之间形成界面以使所述界面与所述阴离子可透膜和所述阳离子可透膜隔开且其中所述第一块体和所述第二块体在所述界面具有横穿液体通过方向延伸的互补凸起和凹进。

[0023] 本发明人已经发现，流通型离子交换材料在EDI模块的稀释隔室内的特殊形状和取向克服了上述现有技术布置的缺点，即与平行或垂直于离子可透膜和液流的成层接枝材料相比，改进在给定体积的流通型离子交换材料和膜面积下的产物液体品质以及提高电流效率，由此改进净化性能和易组装性。

[0024] 本发明还涉及用于生产高纯水或用于生产超纯水的电去离子（EDI）装置，其包含本发明的EDI模块。

[0025] 本发明还涉及包含本发明的EDI模块或EDI装置的实验室净水系统。

[0026] 本发明还涉及使用本发明的EDI模块、本发明的EDI装置或本发明的实验室净水系统净化液体的方法，所述方法包括以下步骤：

[0027] 将待净化的液体进料至所述至少一个稀释隔室中，

[0028] 在施加电场下使待净化的液体经过所述至少一个稀释隔室，和

[0029] 在所述至少一个稀释隔室的出口收集净化的液体。

[0030] 附图描述

[0031] 图1是本发明的EDI模块的一个示例性实施方案的示意图。

[0032] 图2是本发明的EDI模块的另一示例性实施方案的示意图，其特别包含四个重复单元，各自由相邻的浓缩隔室(6)和位于阳离子可透膜(1)和阴离子可透膜(2)之间并填充有阳离子交换块体(3)和阴离子交换块体(4)的稀释隔室(5)构成。在极端情况下由含有阴极(7)的阴极隔室(9)和含有阳极(8)的阳极隔室(10)实现该堆叠。相应隔室的周界、密封和入口-出口流量分配器由稀释隔室框架(15)、浓缩隔室框架(16)、阴极和阳极端盖(17)构成。相应隔室的冲洗以简化方式显示，旨在用于净化进料水流(11)，即待去离子的进料流经稀释隔室，在此将其去离子并作为用作产物的稀释流(13)离开，而浓缩和电极隔室被料流(12)，即待浓缩的进料冲洗，其作为浓缩流(14)离开以丢弃或再利用。在电极(7)和(8)之间传导直流以再生稀释隔室(5)的离子交换块体(3)和(4)并由此确保连续净化过程。

[0033] 图3是在外加电场下在本发明的流通型离子交换材料的组装件中的离子交换材料界面处通过电化学增强的水离解生成的离子的迁移的示意图。

[0034] 图4是附着到相同极性的离子可透膜（图4b）上的本发明的流通型离子交换材料的形状的一个优选实例（图4a）和附着到各自相同极性的离子可透膜（CM和AM）上的两个块体（CB和AB）的组装件（图4c）的示意图。

[0035] 图5是在根据现有技术（US 2006/0091013）定位的材料元件的离子交换材料内的电化学增强的水离解和H+和OH-离子的迁移的示意图，其中CM和AM分别是指阳离子可透和阴离子可透膜。

[0036] 图6是本发明的EDI模块的一个优选实施方案的示意图。

[0037] 图7是本发明的EDI模块的优选阴极布置的示意图。

[0038] 图8是本发明的实验室净水系统的示例性（第一）实施方案的示意图。

[0039] 图9是本发明的实验室净水系统的另一示例性（第二）实施方案的示意图。

[0040] 图10a和10b是本发明的实验室净水系统的另一示例性（第三）实施方案的示意图。

[0041] 发明详述

[0042] 下面将描述本发明的细节及其其它特征和优点。但是，本发明不限于下列具体描述和实施方案，它们仅用于示例目的。

[0043] 图1和2示例本发明的电去离子（EDI）模块的示例性实施方案。

[0044] 本发明提供了一种EDI模块，其包含阴极和与阴极隔开的阳极，在它们之间具有至少两个离子可透膜——包含至少一个阴离子可透膜(AM)和至少一个阳离子可透膜(CM)并划定一个或多个稀释隔室和一个或多个浓缩隔室(CC)，并以流通型离子交换材料在稀释隔室内的特殊形状和取向为特征。

[0045] 本文所用的表达“包含”不仅包括“包含”的意思，还包括“基本由…构成”和“由…构成”的意思。同样地，本文所用的表达“含有”不仅包括“含有”的意思，还包括“由…制成”或“填充有”的意思。

[0046] 本文所用的表达“至少一个”和“一个或多个”包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多的数量。本文所用的表达“至少两个”和“两个或更多个”包括2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多的数量。

[0047] 本文所用的表达(A)与(B)“隔开”是指部件(A)和(B)不互相直接接触。本文所用的表达(A)“毗邻”(B)是指部件(A)和(B)互相紧邻并优选是指它们互相直接接触。

[0048] 首先，描述本发明的净化液体的方法，由此也更详细描述本发明的EDI模块和装置的部件。

[0049] 要根据本发明净化的液体优选是水性液，更优选水。本文所用的表达“净化”优选是指从该液体中除去离子，即该液体将要去离子。

[0050] 将待净化的液体进料至根据本发明的稀释隔室中。优选地，在稀释隔室中将优选具有离子交换性质的开孔筛网置于入口或出口的孔、隔室框架的流量分配器和稀释隔室中接枝材料的离子交换块体之间，由此改进稀释隔室的横截面上的均匀流量分布。

[0051] 稀释隔室含有或优选填充有将在下文中详细描述的本发明的流通型离子交换材料。稀释隔室中的流通型离子交换材料在用氢离子（用于阳离子）或氢氧根离子（用于阴离子）交换时从该液体中选择性吸附离子。通过阳极与阴极之间的外加电场，吸附的阴离子朝阳极迁移，吸附的阳离子朝阴极迁移。

[0052] 适用于本发明的阴极和阳极不受特别限制，并且可以使用EDI模块领域中常规的任何材料和尺寸。

[0053] 一旦离子移过各自的离子可透膜，它们就进入浓缩隔室。

[0054] 适用于本发明的离子可透膜不受特别限制，并且可以使用EDI模块领域中常规的任何材料和尺寸。顾名思义，阴离子可透膜是阴离子可透的并基本为阳离子不可透，而阳离子可透膜是阳离子可透的并基本为阴离子不可透。

[0055] 离子可透膜用于将稀释隔室与浓缩隔室划界。离子可透膜允许各自的离子从稀释隔室选择性转移至浓缩隔室。为了加速离子从稀释隔室转移至浓缩隔室，离子可透膜本身优选具有离子交换性质，即阴离子可透膜含有阴离子交换材料并由此代表阴离子交换膜和/或阳离子可透膜含有阳离子交换材料并由此代表阳离子交换膜。

[0056] 清洗液流经浓缩隔室，由此将从稀释隔室的液体中除去的离子冲洗到浓缩流中。经过浓缩隔室的液流可以如图1中所示具有与稀释隔室中的液流相同的方向，或其可以如图2中所示以逆流模式运行。从净化效率的角度看，经过浓缩隔室的液流方向优选与经过稀释隔室的液流方向相反，即逆流模式运行。可以使用一部分产出的稀释液，即净化水以逆流模式冲洗相邻的浓缩隔室。如果在隔室中发生pH降低（这是阳极隔室或与阳极隔室相邻的浓缩隔室的常见情况），则优选使用来自这一隔室的水冲洗串联的其它浓缩隔室和阴极隔室，由此降低这些其它浓缩隔室和阴极隔室中的碳酸盐结垢风险。

[0057] 如果电极隔室垂直安置，优选向上，即自底向上冲洗它们，以有效冲出电极上生成的气泡。

[0058] 浓缩隔室可含有或优选填充有离子交换材料或惰性液体可透材料。浓缩隔室也可以含有或填充有本发明的流通型离子交换材料。从尺寸稳定性的角度看，浓缩隔室优选含有或填充有离子交换筛网。

[0059] 在EDI模块或装置的稀释隔室的出口收集经过稀释隔室并由此净化的液体。

[0060] 接着，将更详细描述含有本发明的流通型离子交换材料的稀释隔室。

[0061] 本发明的稀释隔室含有至少两个块体——含有阴离子交换材料的第一块体（在下文中也称作“阴离子交换材料块体”或简称为“AB”）和含有阳离子交换材料的第二块体（在下文中也称作“阳离子交换材料块体”或简称为“CB”）。

[0062] 本文所用的表达“块体”是指具有三维结构的一块互连材料。

[0063] AB的表面毗邻阴离子可透膜（在下文中也简称为“AM”），CB的表面毗邻阳离子可透膜（在下文中也简称为“CM”）。优选地，毗邻AM的AB表面与AM接触，毗邻AM的AB表面更优选覆盖面向稀释隔室的AM的该面的基本整个表面。同样地，毗邻CM的CB表面优选与CM接触，毗邻CM的CB表面更优选覆盖面向稀释隔室的CM的该面的基本整个表面。

[0064] 这两个块体AB和CB在液体通过方向上并排布置，由此在这两个块体之间形成界面。优选地，以这样一种方式布置这两个块体AB和CB以使它们互相接触。本文所用的表达“液体通过方向”顾名思义，是指液流经过稀释隔室的主要方向。不希望受制于任何理论，但本发明人估计，通过块体在液体通过方向上的并排布置，可以使得在离子交换材料界面处通过电化学增强的水离解生成的H+和OH-离子在电场施加下以相反方向迁移而不重组成水。因此这些H+和OH-离子可用于离子交换材料的再生并可参与与液体中的离子污染物和可电离污染物的交换，由此改进净化性能和提高该净化法的电流效率。在图3中进一步示例该机理。

[0065] 以这样一种方式布置这些块体以使块体之间的界面与AM和CM隔开。不希望受制于任何理论，但本发明人估计，电化学增强的水离解完全在这两个块体之间的界面处发生，以致生成的两类离子，即H+和OH-离子都可再生该离子交换材料并参与与待净化的液体中的离子的离子交换。由此可以防止通过在离子交换材料/膜界面处的电化学增强的水离解生成的显著量的H+和OH-离子立即穿过相应的膜（H+离子穿过阳离子可透膜且OH-离子穿过阴离子可透膜）并直接前往各自的浓缩隔室（在此它们重组）而不参与离子交换材料的再生。因此可以进一步提高电流效率。

[0066] 液体通过方向上的象征性直线可经过这两个块体之间的界面至少1次，优选至少5次，更优选至少10次，再更优选至少20次，再更优选至少50次，最优选至少100次。液体通过方向上的象征性直线经过这两个块体之间的界面的次数上限仅受制于这两个块体的有效空间和精细结构。出于实用原因，液体通过方向上的象征性直线经过这两个块体之间的界面的次数上限不大于1000次，优选不大于500次。本文所用的表达“象征性直线”或简称为“直线”是指并非现实存在于EDI模块中的虚构或虚拟的线。不希望受制于任何理论，但本发明人估计，通过使流经稀释隔室的液体至少一次，优选数次经过阴离子交换材料和阳离子交换材料之间的界面，阳离子和阴离子物质都被有效脱除并可以在稀释隔室的出口获得完全去离子的液体，由此实现优异的净化性能。该直线（在经过这两个块体之间的界面时）与该界面之间的角度优选小于90°，即该界面优选不垂直于液体通过方向，更优选不大于75°，再更优选不大于60°。

[0067] 这两个块体AB和CB在这两个块体之间的界面处可具有横穿液体通过方向延伸的互补凸起和凹进。本文所用的表达“互补凸起和凹进”是指这两个块体的毗邻表面具有彼此互补（即互相契合彼此的盈缺）的凸起（或突出）和凹进（或空穴）。本文所用的表达“横穿液体通过方向延伸”是指该凸起和凹进可垂直于液体通过方向延伸或可以以最多但不包括90°角，优选最多75°角，更优选最多60°角，最优选最多45°角的斜度朝液体通过方向倾斜。
换言之，表达“横穿液体通过方向延伸”包括除平行于液体通过方向的取向外的任何取向。
不希望受制于任何理论，但本发明人估计，由此，流经稀释隔室的液体可以这样一种方式经过阴离子交换材料和阳离子交换材料以使阳离子和阴离子物质都被有效脱除并可以在稀释隔室的出口获得完全去离子的液体，由此实现优异的净化性能。此外，可以完全填满稀释隔室而不形成待净化的液体会在未与离子交换材料充分相互作用以从该液体中令人满意地除去离子的情况下穿过的间隙或通道。此外，可以改进这两个块体AB和CB之间的接触，由此提高整个组装件的稳定性。

[0068] 在一个优选实施方案中，第一块体（即阴离子交换材料块体）的与毗邻阴离子可透膜（AM）的表面相反的表面和第二块体（即阳离子交换材料块体）的与毗邻阳离子可透膜（CM）的表面相反的表面互补。由此，可以进一步改进净化性能并避免形成待净化的液体会在未与离子交换材料充分相互作用以从该液体中令人满意地除去离子的情况下穿过的间隙或通道。

[0069] 优选地，这两个块体AB和CB之间的至少一部分界面和/或这两个块体AB和CB的至少一部分互补表面在横穿液体通过方向的方向上起皱。特别优选地，这两个块体AB和CB之间的界面在横穿液体通过方向的方向上起皱的部分和/或这两个块体AB和CB的互补表面在横穿液体通过方向的方向上起皱的部分占整个界面或互补表面的至少20%，更优选至少30%，再更优选至少40%，最优选至少50%，但不多于98%，更优选不多于95%，再更优选不多于
90%，最优选不多于80%。本文所用的表达“波纹状”包括存在一系列基本平行的脊、凸缘或翅片和沟、槽、凹口或狭缝。由此，可以再进一步改进净化性能并避免形成待净化的液体会在未与离子交换材料充分相互作用以从该液体中令人满意地除去离子的情况下穿过的间隙或通道。此外，可以改进这两个块体AB和CB之间的接触，由此提高整个组装件的稳定性。

[0070] 在一个优选实施方案中，这两个块体AB和CB之间的至少一部分界面和/或这两个块体AB和CB的至少一部分互补表面为楔形、锯齿形或波浪形。特别优选地，这两个块体AB和CB之间的界面的楔形、锯齿形或波浪形的部分和/或这两个块体AB和CB的互补表面的楔形、锯齿形或波浪形的部分占整个界面或互补表面的至少20%，更优选至少30%，再更优选至少40%，最优选至少50%，但不多于98%，更优选不多于95%，再更优选不多于90%，最优选不多于
80%。如上定义，这两个块体AB和CB之间的至少一部分界面和/或这两个块体AB和CB的至少一部分互补表面特别优选具有尖刺轮廓。各种尖角是可能的，例如5至120°，优选15至110°，更优选20至100°，最优选30至90°。在图4中示例本发明的流通型离子交换块状材料的优选形状的一个实例。通过上述特定形状或轮廓，可以实现AB和CB之间的良好接触，由此进一步改进净化性能并避免形成待净化的液体会在未与离子交换材料充分相互作用以从该液体中令人满意地除去离子的情况下穿过的间隙或通道。

[0071] 块体AB和/或CB优选由多孔材料或纤维材料制成。当然也可以块体AB由多孔材料制成且块体CB由纤维材料制成，反之亦然。该多孔材料可以是泡沫状材料。该纤维材料优选是非织造织物。该纤维材料的纤维直径优选在10至100微米，更优选20至80微米的范围内。

[0072] 本发明的流通型离子交换材料通常含有具有接枝在其上的离子交换官能团的骨架聚合物。

[0073] 适用于本发明的离子交换官能团不受特别限制，并且可以使用离子交换领域中常规的任何离子交换基团。例如，典型的弱酸阳离子交换基团代表羧酸根–CO3-；典型的强酸阳离子交换基团代表磺酸根–SO3-，例如

[0074] ；

[0075] 典型的弱碱阴离子交换基团代表仲氨基，如-N(CH3)H2+，或叔氨基，如-N(CH3)2H+，例如

[0076] ；

[0077] 且典型的强碱阴离子交换基团代表季铵基团，如-N(CH3)3+，例如

[0078] 。

[0079] 各种骨架聚合物可用于本发明的流通型离子交换材料。合适的实例包括聚苯乙烯-二乙烯基苯-共聚物、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氨酯等。

[0080] 例如Inoue等人, Polymer, Vol. 45 (2004)第3-7页描述了强酸阳离子交换多孔块体（下文也称作“多孔阳离子交换树脂整料”）的合成。简言之，该程序包括通过未搅拌的油包水乳状液内的单体聚合形成多孔块体，接着用阳离子交换基团官能化。在受控搅拌条件下在添加乳化剂和聚合引发剂的情况下制备水在苯乙烯和二乙烯基苯的混合物中的乳状液。然后使该静止的乳状液在封闭容器中在升高的温度下固化以便聚合，以产生含有具有如下示意性图示的化学结构的片段的交联聚苯乙烯-二乙烯基苯-共聚物的多孔块体：

[0081] 。

[0082] 在冷却、洗掉残留单体和干燥后，通过氯磺酸将该聚合物官能化成多孔块体形式的强酸阳离子交换树脂。在将残留氯磺酸灭活、洗涤和最终转化成所需离子形式后，该多孔块体准备好使用。其功能固定的离子是键合到交联聚苯乙烯-二乙烯基苯-共聚物聚合骨架的苯环上的磺酸离子：

[0083] 。

[0084] 该多孔块体的形状复制用于聚合的容器的形状。因此，可以通过用于聚合的容器的形状调节本发明中的使用所需的多孔块体的特定形状。

[0085] 作为另一方法，可以制造较大的块体，然后切成所需形状。例如，可以由离子交换聚合物在相应有机溶剂中的溶液制备泡沫，在形成泡沫的同时或之后，交联并蒸发溶剂。这样的泡沫可以早就以成型块的形式制成，或可以稍后例如通过切割、压延等提供形状。

[0086] 基于聚合（例如描述在US 5,453,185中）或其它程序，如聚氨酯泡沫的官能化（例如Yeong等人, J. Appl. Poly. Sci., Vol. 86 (2002)第1773-1781页所述）、离子交换粒子的固定（例如描述在US 6,495,014中）、聚乙烯泡沫的辐射引发的接枝和官能化（例如描述在US 6,610,546的实施例5和6中）等的离子交换多孔结构的合成是公知的现有技术状况。

[0087] 可以通过纤维基底类似于多孔基底的接枝和官能化获得纤维形式的离子交换材料。

[0088] 例如在US 5,425,866的实施例1中描述了弱碱阴离子交换纤维非织造材料的合成以及其它纤维离子交换材料的合成。在氮气中用200 kGy电子束照射聚丙烯纤维束的基底并浸在氯甲基苯乙烯的溶液中以在升高的温度下反应。在洗涤和干燥后，在升高的温度下用二甲胺溶液处理该纤维，以产生弱碱阴离子交换材料。在洗涤和最终转化成所需离子形式后，该纤维离子交换材料准备好使用。

[0089] 被称作FIBAN的纤维非织造市售离子交换材料的典型结构显示在Soldatov V.S., Solvent Extraction and Ion Exchange, 第26卷(2008)第457-513页中。

[0090] 可作为具有不同官能团的非织造纤维或机织间隔片制造纤维材料。在US 5,308,467、JP 8-12774 A或Lilja等人, Applied catalysis A, General. Vol. 228 No. 1-2 (2002)第253-267页中描述了另一些合适的方法。

[0091] 适用于本发明的纤维离子交换材料可以在已具有在本发明中使用所需的形状的基底上制造，或其可以在官能化后例如通过压延成型。考虑到材料在离子交换官能化过程中和通过改变水含量或离子形式而表现出的尺寸变化，该块体优选由符合特定用途的形式，例如与纯水平衡的盐形式的材料成型。也可以折叠、堆叠和/或压制纤维机织或非织造材料片以将两种离子交换材料（即阳离子交换和阴离子交换材料）的折页叠在一起并制成可置于稀释隔室中的块体。

[0092] 在一个特别优选的实施方案中，该纤维离子交换材料可以由较大尺寸的冻结块制成本发明的流通型离子交换材料的特殊形状。详细而言，将在水中溶胀并且湿润的非织造纤维离子交换材料片堆叠在一起，在一定的力（例如通过在顶板上放置重物）下定型并冻结成一块。或者，代替片材，可以将非织造短纤维压实并以类似方式冻结成块。用阴离子交换材料和阳离子交换材料的片材（或短纤维）分别进行这一操作。将所得大冻结块切割成所需特殊形状的较小块。合适的切割装置包括水射流、冲压器、刀片、线锯、带锯或激光。可以切割阴离子和阳离子交换材料块以互相复制并完全填满稀释隔室，一旦将两个块体的互补结构化表面放在一起并将这两个块体置于膜之间的隔室框架中，压着膜和框架进一步提供一定的压缩。由此，可以避免归因于纤维材料的一定挠性和可压缩性的问题，以利于操作和组装并能实现该组装件的受控压缩、高尺寸精度、低窜流(channeling)风险和高一致性。

[0093] 优选本发明的整个流通型离子交换材料带有离子交换官能团。由此表面的离子交换基团可用于与待净化的液体中的离子物类离子交换，而内部的离子交换基团可用于积聚一定量的离子并经由该材料内的电迁移将它们从稀释隔室运往离子可透膜并进一步送入浓缩隔室。

[0094] AB的孔隙率，即流阻优选类似于CB的孔隙率以使待净化的液体无优先地穿过它们两者。由此，可以实现均衡的净化性能。适合本发明的孔隙率可以在极宽范围内，通常5 – 95%，优选30 – 70 %。最合适的孔隙率取决于最终用途并取决于经过净化隔室的最大许可压降以及该流通型离子交换材料的其它特征（例如离子交换容量、体积、硬度）和运行参数（例如给水的浓度、流速、电流）。

[0095] AB的阴离子交换容量优选类似于CB的阳离子交换容量。AB的阴离子交换容量也优选高于CB的阳离子交换容量，这提供了改进对pH低于7的液体的净化效率和改进弱离解化合物（其通常是弱酸而非弱碱，如二氧化碳、硅酸或硼酸）的脱除的优点。但是，如果每体积阴离子交换材料的离子交换容量不高于或等于阳离子交换材料，可以通过如图1和2中示例性所示选择阴离子交换材料的体积比阳离子交换材料的体积大的块体形状来实现稀释隔室中存在的离子交换基团的平衡。

[0096] 给定材料的离子交换容量优选尽可能高。通常，可以通过较强辐射和/或较长时间暴露在接枝、交联和官能化化学品中来提高接枝离子交换材料的离子交换容量。但是，在一定程度的离子交换容量下，该离子交换材料在水中的溶胀（即吸水）会变得太强（达到部分或完全溶解）以致机械稳定性降低。相应地，官能化和交联程度取决于离子交换容量和机械稳定性之间的折衷。考虑到由流通型离子交换材料在本发明的EDI模块的稀释隔室内的特殊形状和取向带来的优异净化性能，可以解决上述折衷，因为甚至在与传统EDI模块中常用的离子交换材料相比较低的流通型离子交换材料的离子交换容量下也已实现足够的净化。

[0097] 稀释隔室的厚度不受特别限制，但较厚的隔室有利于降低该模块的材料成本。优选厚度为3毫米至5厘米，更优选5毫米至3厘米，最优选大约1厘米。根据本发明，可以使用比具有离子交换材料混合床的传统EDI模块中厚的隔室，以降低一个堆叠体中所需的隔室和膜的数量并因此可降低材料和组装件成本。

[0098] 在一个优选实施方案中，本发明的EDI模块进一步包含至少一个紧固装置以保持两个离子交换块体之间的良好接触以及块体/膜和块体/框架之间的接触，由此提供经过离子交换介质的连续离子传导并防止隔室中的窜流。适用于提供材料之间的良好接触并消除窜流风险的紧固装置包括(i) 弹簧以保持离子交换块体上的足够压缩；(ii) 使用具有一定挠性/弹性的离子交换块体；(iii) 在浓缩隔室中使用硬隔片，如筛网状筛网固定膜的位置和防止它们在浓缩隔室中变形，(iv)使用一个或多个包含EDI模块并被特殊材料覆盖，例如用弹性体包覆成型的框架；和/或(v) 在框架与离子交换块体之间提供良好接合等。可以使用上述紧固装置(i)至(v)的任一种以及它们的任何组合。

[0099] 在一个特别优选的实施方案中，本发明的EDI模块进一步包含一个或多个含有或优选填充有离子交换树脂珠的稀释隔室。尽管根据本发明优选使用的具有高度开发表面的多孔或纤维离子交换材料与传统的离子交换树脂珠相比具有增强的离子交换动力学和优异的净化性能的优点，但它们在实际用途中的应用通常受阻于该多孔或纤维材料的较高成本和EDI的较高能耗。此外，由于多孔或纤维非织造离子交换材料的离子交换容量通常不如传统的离子交换树脂，当进给具有相对较低的离子污染物和可电离污染物负荷的水，如预净化水时，使用此类材料更经济。

[0100] 填充有通常为珠粒形式的离子交换树脂的稀释隔室和根据本发明优选使用的装有多孔或纤维离子交换材料的隔室在一个电去离子模块中的组合能够利用这两种材料性质的优点，即可以在填充有离子交换树脂珠的稀释隔室中除去大多数污染物，然后这种预净化水可经过含有多孔或纤维离子交换材料的稀释隔室以净化成超纯水品质。由此，可以以合理的成本获得具有优异的净化性能和优异的离子交换容量的EDI模块。

[0101] 所述一个或多个填充有离子交换树脂珠的稀释隔室可以例如是混合床类型（薄池）、分层床或分离床。它们的组合也可行。从进一步降低EDI模块的制造成本并提高制造可靠性和模块性能的角度看，所述一个或多个填充有离子交换树脂珠的稀释隔室优选组织在厚池中。

[0102] 在图6中作为兼具填充有离子交换树脂的分离床的厚池稀释隔室和多孔或纤维离子交换材料的EDI模块显示这一特别优选的实施方案的一个实例。该EDI模块包含三个去离子单元，其中两个填充有离子交换树脂，一个填充有根据本发明的阳离子和阴离子交换的流通型块体。稀释隔室的分离床由在阳离子交换膜(1)与双极膜(18)之间的阳离子交换树脂(19)和在双极膜(18)与阴离子交换膜(2)之间的阴离子交换树脂(20)构成。

[0103] 在极端情况下由含有阴极(7)的阴极隔室(9)和含有阳极(8)的阳极隔室(10)实现该堆叠。相应隔室的周界、密封和入口-出口流量分配器由稀释隔室框架(15)、浓缩隔室框架(16)、阴极和阳极端盖(17)构成。

[0104] 进料流(11)进入具有阳离子交换树脂床(19)的稀释隔室，在此除去大部分阳离子物类，然后经过具有阴离子交换树脂床(20)的稀释隔室，在此除去大部分阴离子物类，随后流经填充有根据本发明的阳离子交换流通型块体(3)和阴离子交换流通型块体(4)的稀释隔室(5)以随后除去残留物类，即最终净化，以产生稀释流(13)。料流(12)冲洗浓缩物(6)和电极(9和10)隔室，以作为浓缩液(14)离开。

[0105] 尽管如上所述的适用于本发明的电极，即阴极和阳极不受特别限制并且可以使用EDI模块领域中常规的任何材料和尺寸，但在一个优选实施方案中，该电极是流通型电极。在进一步优选的实施方案中，阴极由碳或金属制的非织造或机织纤维制成。

[0106] 本发明的EDI模块的电极隔室，即阳极和阴极隔室可充当稀释隔室或浓缩隔室。也可以使用不同的材料作为电极和作为电极隔室的填料。为了防止碳酸盐结垢和材料氧化的风险以及降低能耗，优选使用毗邻阳极的阳离子交换开孔纤维筛网和/或毗邻阴极的阴离子交换开孔纤维筛网。从简化在电极处生成的气体的排空和降低该模块上的总体电压降的角度看，优选使用流通型电极，如膨胀网眼、机织丝网、金属泡沫、烧结金属等。如本领域中已知，这种流通型电极可以与最近的膜间隔开或与该膜直接接触。作为示例性实例，可以考虑紧贴该膜的多孔板电极并在该多孔板电极的背面与端盖之间存在机织间隔网。另一实例是夹在该膜与端盖的垂直裂口之间的机织金属丝电极。

[0107] 就降低局部pH提高和阴极上的碳酸盐结垢风险而言，使用由碳或金属制的非织造或机织纤维制成的阴极是有利的，特别是如果阴极隔室充当浓缩隔室且水中存在高硬度离子。因此，该阴极优选包含充分冲洗的流通型非织造或机织纤维块或由金属或碳制成的多孔整料。这样的材料可购自CarboPur technologies Inc. (Montreal, Canada)、SNC Corporation (Bucheon, South Korea)、Recemat International (Oud-Beijerland, The Netherlands)等。

[0108] 通过连续冲洗两个电极隔室可以发现使用这种具有高度开发的比表面积的非织造纤维电极的另一优点，同时在一个电极处产生的气体可以在相反电极处吸收和氧化/还原。由此，可以降低下游电极隔室中生成的气体的体积并可以降低离开该模块的爆炸性气体混合物，如氢氧混合气的体积。

[0109] 与具有离子交换树脂珠的传统EDI相比，本发明的EDI模块通常以相对较短的净化路径为特征，这归因于根据本发明优选使用的具有较大比表面积的多孔或纤维离子交换材料的更好动力学。但是，本发明的EDI模块的较短净化路径和相对小型化倾向于成比例地带来较高电流密度以及施加在电极上的较高电压，这可能造成剧烈产气和电极变热的次级效应。

[0110] 在电极处生成的气体（主要是阴极处的H2和阳极处的O2）对电流传导具有不利作用并可能造成电极隔室中的优先窜流和冲洗不足的区域。这些效应会影响电流密度分布以及结垢风险并随之影响该模块的净化性能、能耗和寿命。更糟糕的是，气态H2与O2一起存在于相同废物流或槽中（例如通过电极冲洗流的进给和排放（feed-and-bleed）或通过它们在RO上游的槽中再循环）带来爆炸危险。

[0111] 因此需要从电极隔室和从该模块中除气。

[0112] 在进一步优选的实施方案中，将电极构造成能够脱气。特别地，本发明的EDI模块优选包含一个或多个脱气隔室，最优选每个电极都有脱气隔室。

[0113] 电极隔室的脱气措施是使用具有允许气体通过但足够细以在运行过程中存在的压降下对电极冲洗水保持不可透的孔隙的疏水多孔或纤维材料层，同时在该多孔疏水层的相反侧上施加真空或汽提气流。合适的多孔疏水层或膜可购自不同制造商，如FluoroTechniques Membrane Products Inc. (Castleton On Hudson, NY, USA)；或Membrana (Charlotte, NC, USA)。对于这种脱气方案，优选使用打孔的或网状流通型电极，由此该电极隔室在一侧由离子可透膜定界，在另一侧由气体可透膜（疏水多孔层）定界。
该电极也可以与疏水多孔层和与离子可透膜直接接触。

[0114] 优选将脱气隔室并入模块端盖中并装填中性开孔织物，或由端盖中的划定疏水层的位置但允许气体通过的凸起，例如裂口形成。

[0115] 可以通过将其连向净水系统中常供应的RO废水（reject water）喷水器上安装的喷射器来制造脱气隔室中的真空。该喷射器元件可以安装在外部并经由管道与脱气隔室相连，或其可以是并入端盖中的部件。

[0116] 脱气隔室的一端连向真空，同时相反端连向大气，这样可以制造空气吹扫，这可能有助于更好的脱气，也可能有助于冷却以及降低爆炸危险，因为H2在脱气隔室内会被空气极大稀释。

[0117] 例如，可以将喷射器安装在RO截留侧（reject side）上并连向水平安置的阴极的脱气隔室，该脱气隔室在阴极顶部，由此将H2排放到该系统的废流中，而含有O2的阳极冲洗水可以与无气泡的阴极冲洗水一起再循环至RO上游的槽，由此防止爆炸危险。

[0118] 除上述优点外，该模块中的脱气还允许在会受不需要的过量气体阻碍的其它隔室中使用回收的电极冲洗水。当使用内部脱气隔室时，可以例如通过模块外壳内的躯干(trunk)将来自电极隔室的无气泡水直接转移到另一隔室中。

[0119] 在图7中显示能够如上所述在电极端盖内脱气的优选阴极布置的示意图。

[0120] 一种有利的构造的一个实例是填充有阳离子交换材料并由阳离子可透膜定界的EDI阳极隔室和具有疏水层和在其背面的脱气隔室的网状阳极，而经过阳极隔室的水通过离子交换去阳离子并酸化，然后转移气泡以冲洗串联或并联的阴极和/或浓缩隔室。

[0121] 从电极隔室中除去的H2和O2气体可用于送入燃料电池，由此部分回收能量。但是，为此，该气体应该足够纯，因为燃料电池元件对可能的污染物，如CO2和Cl2非常敏感。为此，电极隔室因此优选充当部分去离子隔室并向其供给纯水，例如产出的稀释液的一部分。或者，可以将收集的含有H2和O2的气体混合物送往含有例如Pt-催化剂的“重组”室，在此将H2无焰氧化成水，由此降低爆炸危险。在EP 0 358 912 B1中公开了另一些合适的催化剂，并在EP 0 416 140 B1中公开了合适的催化剂布置。

[0122] 如上所述，本发明的EDI模块的电极倾向于变热。由于导电和电极冲洗水的冷却不足，电极的显著变热会导致模块材料，特别是离子交换材料降解，因此是不合意的。

[0123] 为了冷却电极和防止潜在的损坏，端盖可以配备冷却夹套，即温度低于相应电极温度的水在其中流动的空隙。位于电极背面上的端盖中的这种空隙不与电极隔室交换物质，仅发生热交换。优选地，用于冷却的水是该净水系统中现成的，例如来自RO上游的任何中间净化步骤的水或进入EDI稀释隔室之前的RO渗透液。

[0124] 本发明的EDI模块可用在生产例如具有在25°C下至少18.2 MΩ·cm的电阻率的高纯或超纯水的EDI装置中。

[0125] 本发明的EDI模块或EDI装置也可用在实验室净水系统中。

[0126] 在本发明的实验室净水系统的第一个实施方案中，将预处理和反渗透（RO）净化后的水收集在槽中。

[0127] 本发明的EDI模块或EDI装置（在下文中也简称为EDI模块）位于该槽下游并可以以两种模式运行：

[0128] 1) 再生 - 水在该槽与EDI模块之间再循环，同时将该槽中的水净化至设定水平并将该模块的离子交换材料转化成基本再生形式；

[0129] 2) 分配 – 将来自该槽的水泵过EDI模块并以分配流速使用制成的纯水或超纯水。

[0130] 优选地，RO渗透液从顶部进入该槽，而界面水/空气的增加（例如使用喷雾球或充气器）会增强从CO2过饱和水中释放CO2。这样的部分脱气有利于下游EDI模块的工作。

[0131] 在再生模式过程中，EDI模块可以在相对较低的流速下和在足够高以在随后的分配之间基本再生离子交换材料的电流下运行。可以将该槽中的水净化至大约1 µS/cm的电导率。净化至更低的电导率较不合理，因为储存在该槽中的水可通过与空气接触，如通过吸收CO2而变差。与树脂珠相比，使用如根据本发明优选使用的多孔或纤维离子交换材料的一个优点在于增强的离子交换动力学，即在相对较高的流速下在相对较短路径长度中净化水的能力。因此小型EDI模块可以处理高流速的水而不造成高压降。在分配过程中利用这一优点，此时将来自该槽的预净化水最终净化至高程度，例如超纯水并直接分配用于最终用途。

[0132] 在分配模式中优选但不是必须将电流导过该EDI模块。不过，可以将离子交换材料部分转化成盐离子形式，然后一旦停止分配且该系统切换到再生模式，再次再生。

[0133] 这一实施方案能用相对小型的EDI模块生产高纯水而不用附加的下游净化装置。

[0134] 这一实施方案的一个实例示意性显示在图8中。在此，使用本发明的EDI模块的实验室净水系统的一部分据显示以两种模式工作：预处理后的水经过RO-净化步骤；将产出的渗透液进料至槽中；水从该槽经过以再生模式工作的EDI模块再循环将该水净化至设定水平；在生产（分配）模式中，停止再生并将产出的EDI稀释液以所需流速送往使用点。

[0135] 在本发明的实验室净水系统的第二个实施方案中，该净水系统主要包含预处理、RO或NF（纳米过滤）和本发明的EDI模块，没有任何用于EDI稀释液的中间储水槽。

[0136] 这种系统产出的水可以直接供应至使用点，在该EDI模块下游只有任选的净化器。这一实验室净水系统优于目前已知的系统，因为其需要较少部件。

[0137] 这一实施方案的一个实例示意性显示在图9中。在此，显示了使用本发明的EDI模块的实验室净水系统的一部分，其中RO和EDI净化步骤被设计成在没有中间储槽的情况下以足够的流速将水送往使用点。

[0138] 在本发明的实验室净水系统的第三个实施方案中，该实验室净水系统含有本发明的EDI模块并包含在该EDI模块上游的RO-步骤，其中通过从生产切换到待机模式，将EDI或RO产出的一部分水送往RO入口以进行RO冲洗。

[0139] 在待机期间，发生RO-膜的渗透侧和截留（reject）侧之间的离子交换，这在使用自来水或具有高离子负荷的水作为进料时导致渗透侧的污染。传统上，需要一定的冲洗时间（通常几秒至几分钟）从渗透侧冲洗出由此污染的水，然后将具有足够低的电导率的渗透液送往下游EDI净化。为了避免这种冲洗并一经要求就开始生产，这一实施方案的实验室净水系统在待机前用各生产周期结束时的净化水（RO渗透液或EDI稀释液）冲洗RO筒。与现有技术相比，这一实施方案的实验室净水系统能应要求立即开始生产，以在确定RO和EDI的尺寸以产生分配所需的流速的情况下，可以避免EDI稀释液的中间储槽，这降低该净水系统的尺寸和成本。

[0140] 这一实施方案的一个实例示意性显示在图10a和10b中，其中在待机期开始之前将净化水冲过RO筒的截留侧：

[0141] 图10a显示使用RO-渗透液的示例性实例：在运行过程中，RO-渗透液送往EDI步骤；在准备待机之前，EDI停止，同时将RO-渗透液送去填充囊状槽(bladder tank)，然后RO停止（泵停止）并在囊状槽的压力下将水送去冲洗RO的进料-截留侧。

[0142] 图10b显示使用EDI-稀释液的示例性实例：该系统含有储存EDI稀释液的槽并在准备待机之前，从该槽将一定体积的稀释液泵过RO筒。

[0143] 除上述元件，在净水链中还可以加入其它元件，这取决于各自的用途。例如，在EDI上游的RO渗透侧上安装UV灯可进一步改进有机污染物的脱除。

[0144] 用于待机前的冲洗的水需要明显比RO进料纯。因此，可以使用RO渗透液、EDI稀释液或其它类似品质的水源，甚至可能对某些用途具有额外的优点。

[0145] 可以在生产步骤的过程中从EDI废物流或一些隔室，例如阳极隔室或阴极隔室的冲洗液中收集冲洗所需的水量。一旦该系统切换到待机，可以将这种收集的水冲过RO的进料-截留侧。这一实施方案在某些构造中有利。例如，来自EDI的阳极隔室的水通常是酸化的，其用于RO冲洗可能有助于从RO膜上溶解掉可能的碳酸盐结垢。电极冲洗流中的氧化剂的存在可防止在RO筒中发生生物淤积，等等。

[0146] 尽管已借助具体实施方案和实例详细描述了本发明，但本发明不限于此并可以在不背离本发明范围的情况下做出各种变动或修改。

[0147] 参考符号单：

[0148] 1 : 阳离子可透膜

[0149] 2 : 阴离子可透膜

[0150] 3 : 阳离子交换块体

[0151] 4 : 阴离子交换块体

[0152] 5 : 稀释隔室

[0153] 6 : 浓缩隔室

[0154] 7 : 阴极

[0155] 8 : 阳极

[0156] 9 : 阴极隔室

[0157] 10: 阳极隔室

[0158] 11: 待去离子的进料

[0159] 12: 待浓缩的进料

[0160] 13: 稀释液

[0161] 14: 浓缩液

[0162] 15: 稀释隔室的框架

[0163] 16: 浓缩隔室的框架

[0164] 17: 端盖

[0165] 18: 双极膜

[0166] 19: 阳离子交换树脂

[0167] 20: 阴离子交换树脂。