本发明涉及一种溶液中离子的交换和浓缩方法及装置，尤其是涉及利用阴离子膜和阳离子膜、阴离子树脂、阳离子树脂的组合应用方法，属于离子分离技术领域。
背景技术：
在水处理、包括海水淡化、化工生产、化工分离与化学反应、轻工与食品、原子能等工业领域，常涉及水中各种阴阳离子的交换或转换，或分离脱除或浓缩回收，以及有机物与水、酸、碱、盐等不同种类物质的分离、脱水、提纯和浓缩以及复分解反应问题。因为化学工业的发展，水污染以及淡水的匮乏已经影响到经济的可持续发展，水处理和净化是一个必须从技术上有新的突破的领域。
技术实现要素：
本发明的溶液中离子的交换和浓缩方法及装置的目的是用于从溶液中，尤其从废水中回收提取有价值的资源，或用无害离子替换有害离子，或完全脱除水中阴阳离子实现水的净化处理，或实现不同物质间离子的互换，产出所需要的物质。
本发明特别地通过将溶液中的阳离子替换为铵离子或氢离子，将溶液中的阴离子替换为碳酸根或碳酸氢根离子或氢氧根离子，使溶液中原来阴阳离子所对应的化合物转化为容易挥发析出的碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化铵、碳酸。特别地，解决了多原子组合的铵离子和碳酸氢离子由于自身水解离而对扩散渗析的不利影响。
本发明的一种溶液中离子的交换和浓缩方法及装置，其包括：步骤1、以铵离子交换或替换待处理溶液中的阳离子；除了钠、钾金属离子外，本步骤还可以通过在溶液中加入碳酸铵、碳酸氢铵，通过金属离子形成碳酸盐沉淀的方法，实现以铵离子替换其它金属离子的目的；
步骤2、以碳酸根离子或碳酸氢根离子交换待处理溶液中的阴离子；
经上述两步骤，使待处理溶液中的离子转化为可挥发析出的碳酸铵盐；上述步骤1和步骤2的顺序可以互换，最优地，两个步骤同时进行，其优点是，可动态持续地形成挥发性的碳酸铵或碳酸氢铵，连续地降低待处理溶液中积累的碳酸氢根或碳酸根离子、铵离子浓度。若待处理溶液中的阳离子仅含有铵离子或氢离子，则步骤1可以省略；若阴离子仅含有碳酸根离子或碳酸氢根离子或氢氧根离子，则步骤2可以省略不用。
溶液中的阳离子及阴离子的交换分别通过阳离子膜及阴离子膜；或分别通过阳离子树脂及阴离子树脂；较优地，阳离子膜为弱酸性阳离子膜，阴离子膜为弱碱性阴离子膜；或较优地，阳离子膜为中性阳离子膜，阴离子膜为中性阴离子膜。
可以推测，驱动溶液中的铵离子在通过阳离子膜扩散的路径上，若膜为强酸性膜，则与膜上带负电荷的基团形成偏酸性的铵盐，即在膜中迁移的铵离子附近氢离子浓度较高，氢离子反向迁移，相当于和铵离子进行了交换，使海水或污水中阳离子不能被铵离子交换。实验中则发现海水或污水中的盐分只有少量降低，却析出大 量的氨气，以及驱动溶液中过饱和铵盐晶体物质的明显减少。虽然氢离子也具有驱动离子交换的效果，但至少其初期有效离子浓度低，无有效的离子交换驱动浓度。因此，强酸性膜实际效果只是促进了水解，在进入海水或废水溶液时，铵离子与氢氧根离子结合维持电中性，而氢离子反向迁移进入驱动溶液中维持溶液的电中性。即使在驱动溶液中铵离子浓度较低的情况下，当待处理溶液中的阳离子扩散进入驱动溶液时，铵离子应该是释放氢离子转化为氨而析出，生成的氢离子交换进入待处理液中。此一过程可以应用于促进水中铵离子或铵盐的部分分解反应，以便脱除溶液中的铵离子，比如，本发明中淡化后的海水中的氨或铵盐，尤其是利用各种酸中的氢离子通过强酸性阳离子膜作为阳离子催化促使水中铵离子部分分解析出及部分与所用的酸生成铵盐。
因此，为了充分利用驱动溶液中的铵离子，较优地，阳离子膜选用弱酸性阳离子膜，或选用中性阳离子膜，避免铵离子水解离的发生及对膜两侧离子互相交换的影响。另外，通过在驱动溶液中还加入氨水、或碳酸氢铵、或碳酸铵，或使用碱性的碳酸氢铵、碳酸铵作为驱动溶液，或在接近中性的待处理液中加入碳酸铵、碳酸氢铵，调节pH值大于7，则起到抑制强酸性阳离子膜上基团的水解提供氢离子的作用。同理，强碱性阴离子膜提供了少量氢氧根与碳酸根、碳酸氢根离子的无效交换，比如碳酸氢离子水解结合一个氢离子，释放出一个氢氧根离子，返回驱动液中，以维持其电中性，因此，较优地，阴离子膜选用弱碱性或中性阴离子膜。
所述溶液经步骤1处理后，再经步骤2进行处理，或反之进行；最优地，各自分别经步骤1和步骤2进行处理，处理后的两部分溶液进入共用的混合容器中，混合后的溶液再循环进行步骤1和步骤2的处理，实现步骤1和2的同时进行。
为了降低待处理溶液中的离子浓度，实现海水或各种污水的淡化处理，增加有效扩散驱动力，增加
步骤3、析出经步骤1、2处理后在待处理液容器中生成的碳酸铵、碳酸氢铵、二氧化碳、或氨；
步骤4、循环步骤1、2、3中所述的溶液，直至所述待处理溶液中离子的含量降低至设计要求。为了获得从溶液中浓缩的提取物，增加
步骤5、析出所述驱动溶液中来自所述待处理溶液中的阳离子和阴离子分别与驱动溶液中的阴离子和阳离子生成的盐；可选的但不限于所述的析出方法有冷却结晶、浓缩结晶、利用盐析效应、加入低沸点可溶于水但不溶解溶液中无机盐的有机物，如丙酮、乙醚、乙醇、甲醇等，在抽提出这些有机物时，降低溶液温度，进一步促进结晶；及
步骤6、循环经步骤5处理后的驱动溶液，分别作为步骤1、步骤2中的驱动溶液；随着扩散渗析的进行，驱动溶液中用于交换待处理溶液中离子的铵离子、碳酸根离子或碳酸氢根离子浓度不断降低，为了保持适当的高浓度，补充驱动用的铵盐、和碳酸盐、碳酸根盐，保持驱动溶液中相应离子的浓度；若所得淡化水仍然含铵离子，则可增加
步骤7、将步骤3或4处理后的溶液再经强酸性阳离子膜或强碱性阴离子交换膜进行扩散渗析处理，对应的交换溶液为水，或对应的含酸、含碱溶液；或者经强酸性阳离子交换树脂，或强碱性阴离子交换树脂进行催化分解，促进氨、碳酸铵或碳酸氢铵的交换、分解析出；
步骤8、若待处理溶液中含有可形成碳酸盐或氢氧化物沉淀的金属离子，较佳地，先加入可溶性碳酸盐或氨水，最好是碳酸铵及/或碳酸氢铵及/或氨水进行预处理，以沉淀析出碳酸盐及/或氢氧化物沉淀，并达到除了钠、钾金属离子外，以铵离子替换其它金属离子的目的；
其中，步骤6、7、8是可选和可同步进行的步骤。
上述的铵离子来源于铵离子来源于氨水、铵盐或氨水与铵盐的混合物；所述的铵盐为氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、亚硝酸胺、亚硫酸铵、硫氰酸铵、甲酸铵，或不同的铵盐的混合溶液，最优地，选用氯化铵与碳酸氢铵、或氯化铵与碳酸铵的混合溶液；碳酸根或碳酸氢根离子来源于碳酸根或碳酸氢根离子来源于碳酸盐或碳酸氢盐；所述的碳酸盐为碳酸钾、碳酸氢铵、碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸铵、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、或它们的混合溶液，最优地，选用碳酸钾、或碳酸氢铵；最优的选择是考虑后续低成本地浓缩结晶提取和循环利用渗析产物，尤其是，驱动物质的溶解度和离子浓度尽可能的高，而溶液中对应生成的产物的溶解度尽可能的低。
本发明的一种溶液中离子的交换和浓缩方法，还可以是，所述步骤1中驱动溶液中的阳离子为铵离子，所述步骤2中驱动溶液中的阴离子为氢氧根离子，所述氢氧根离子来源于氨水或碱；或者，所述步骤1中驱动溶液中的阳离子为氢离子，所述步骤2中驱动溶液中的阴离子为碳酸氢根或碳酸根离子；经所述的两个步骤，使溶液中的离子转化为可挥发析出的氢氧化铵或碳酸，实现水的净化处理。
在应用于海水或苦咸水淡化时，优选的步骤1和步骤2中的驱动溶液分别为饱和的或高浓度的氯化铵和碳酸氢铵的混合溶液，碳酸钾饱和或浓溶液，饱和溶液是通过过量加入氯化铵、碳酸氢铵、碳酸钾晶体实现的。利用氯化铵是因为其溶解度高，离子浓度高，加入碳酸氢铵是利用其可以将钠、钾离子转化为溶解度低的碳酸氢盐。海水先经碳酸铵预处理，将海水中的阳离子如钙、镁、锶等转化为可作为副产品的碳酸盐沉淀析出。再通过步骤1和步骤2的扩散渗析，使钠、钾离子转化为低溶解度的碳酸氢盐。利用碳酸氢钠和碳酸氢钾溶解度的不同分别结晶析出，或作为中间产物，或将碳酸氢钾加热分解获得碳酸钾返回步骤2中的驱动溶液中，获得的二氧化碳气体则充入步骤1的驱动溶液中，与从待处理液中挥发析出并补充进入步骤1的驱动溶液中的碳酸铵反应转化为碳酸氢铵。将碳酸氢钠晶体与步骤1驱动溶液中多余的氯化铵和硫酸铵晶体或浓溶液反应，获得碳酸氢铵和氯化钠和硫酸钠，碳酸氢铵挥发析出回用于驱动溶液中，氯化钠、硫酸钠则作为副产品。在步骤2饱和的或浓的碳酸钾驱动溶液中，经扩散渗析，转化有溶解度较低的氯化钾，和少量的硫酸钾等与海水在的阴离子形成的钾盐，经结晶析出或浓缩后，加入到步骤1的驱动溶液中，以便转化生成为碳酸氢钾，并结晶析出。上述步骤2中的驱动溶液还可以是碳酸氢钾与碳酸铵的混合溶液。其中，浓缩结晶减量后的母液则返回原驱动液中。上述对驱动溶液的浓缩结晶提取可以是一个连续的过程或者是间断的过程，用于浓缩结晶的容器与驱动溶液循环联通。
在应用于海水或苦咸水淡化时，或优选的步骤1的驱动溶液为饱和的或高浓度的氯化铵和碳酸氢铵的混合溶液，步骤2的驱动溶液为饱和的或高浓度的碳酸氢铵。经渗析后，使海水中的阳离子如钠、钾转化为碳酸氢盐，浓缩或结晶提取后作为中间产品，或与氯化铵加热反应，生成碳酸氢铵和含氯的盐，该碳酸氢铵回用于步骤 1的驱动溶液中。从待处理液中提取的碳酸氢铵则回用于步骤2的驱动溶液中。步骤2中经渗析转化生成的氯化铵经浓缩或结晶后，加入步骤1的驱动溶液中。上述步骤1中的驱动溶液还可以是氯化铵与碳酸铵或氯化铵与碳酸氢铵及碳酸铵的混合溶液。
在应用于海水淡化时，或优选的步骤1的驱动溶液为饱和的或高浓度的氯化铵溶液，最优地，在氯化铵溶液中加入氨水，使驱动溶液偏碱性，步骤2的驱动溶液为碳酸钾、或碳酸氢铵。使海水中的阳离子如钠、钾转化为氯化物，结晶浓缩提取后作为产品；使海水中的阴离子如氯离子、硫酸根离子、碳酸根离子、硝酸根离子、溴离子、氟离子等转化为钾盐或铵盐并结晶；该铵盐可以循环回用作为驱动溶液中铵离子的供体物质。
在应用于海水淡化时，或优选的步骤1的驱动溶液为饱和的或高浓度的硝酸铵溶液，最优地，在硝酸铵溶液中加入氨水或进一步地加入氯化铵，使驱动溶液偏碱性，步骤2的驱动溶液为碳酸氢铵。使海水中的阳离子如钠、钾转化为硝酸盐，结晶浓缩提取后作为产品，或将该硝酸盐与来自步骤2的驱动溶液中的氯化铵等铵盐进行复分解反应，利用溶解度的不同，结晶分离出氯化钠，含硝酸铵的母液则回用作为驱动溶液。
在应用于海水淡化时，或优选的步骤1的驱动溶液为饱和的或高浓度的碳酸氢铵溶液，步骤2的驱动溶液也为碳酸氢铵。使海水中的阳离子如钠、钾转化为碳酸氢盐，结晶浓缩提取后作为产品，或将该碳酸氢盐与来自步骤2的驱动溶液中的氯化铵等铵盐进行反应，挥发析出碳酸氢铵后回用于驱动液中。
在应用于仅含碱性污水处理时，利用所生成的氢氧化铵分解析出氨气的特点，直接利用前述的步骤1而无须利用步骤2即可达到脱除碱性的目的，优选的步骤1的驱动溶液为饱和的或高浓度的氯化铵，以便利用大多数氯离子的盐溶于水的特点，避免在膜中或膜表面形成沉淀；或者根据产品需要选用硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸铵与氨水的混合溶液作为驱动溶液，但前提是污水需要进行预先处理，加入碳酸铵或碳酸钠，使钙、镁等重金属离子先行沉淀析出。若脱除碱性后的溶液中还含有其它盐离子，则再采用前述的步骤1和步骤2联合进行处理，达到彻底处理污水的目的。典型的含碱性污水有制浆造纸黑液、纺织皮革污水、氰化物提取贵重金属后的废水。在碱性制浆污水处理时，最优地，利用碳酸氢铵或碳酸铵作为驱动溶液，获得碳酸氢钠或碳酸钠溶液，再将碳酸钠或碳酸氢钠与熟石灰碳化转化为烧碱，回用于制浆工段。制浆造纸黑液先行碳酸铵沉淀后形成含无机矿物质的有机肥，在脱除碱性后，黑液含有大量的有机质，可以直接作为灌溉施肥用水。纺织皮革污水、氰化物提取贵重金属后的废水则在脱除碱性后，废水中仍然含有有害的离子，如铬酸根离子、含砷酸根离子、其它重金属离子等，因此，需要加入碳酸铵进行预沉淀，并进一步采用前述的步骤1和步骤2联合进行处理，达到彻底处理污水的目的。尤其是氰化物提取贵重金属后的污水，当碱性及氰离子脱除后或在脱除的过程中，络合物发生分解，可沉淀的金属氰化物、金属氰络合物发生沉淀，或发生氰化氢、氰化铵的挥发析出。
在应用于含酸污水处理时，可以利用前述的步骤2单独进行中和处理，或利用前述的步骤1和步骤2联合进行处理，达到彻底处理污水的目的。典型的含酸污水有电镀废水、酸洗污水、生物质酸水解含糖溶液。步骤1的驱动溶液中的铵离子交 换浓缩出废水中的各种金属离子，步骤2的驱动溶液的阴离子交换浓缩出废水中的有害离子如含铬酸根离子、含砷酸根离子、氰酸根离子等。
总之，若所述的待处理溶液中仅含有铵离子或氢离子，则所述的步骤1可以省略不用；若所述的待处理溶液中仅含有碳酸根离子或碳酸氢根离子或氢氧根离子，则所述的步骤2可以省略不用。
本发明的一种溶液中铵离子的交换分离方法，利用强酸性阳离子膜对水解离的促进作用，仅采用强酸性阳离子膜或树脂进行扩散渗析，对应的扩散溶液为含酸或中性溶液。在扩散渗析时，主要的是铵离子在膜或树脂表面水解和富集析出，而酸溶液或中性溶液中的氢离子主要起到催化铵离子分解的作用。
本发明的一种盐的生产方法，利用权利要求1-5中的离子的交换和浓缩方法，其包括：以氯化钾、氯化钠溶液分别作为权利要求1中所述的待处理溶液，以碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵、磷酸铵溶液、或不同铵盐的混合溶液、前述铵盐与氨水的混合溶液作为权利要求1中步骤1中的驱动溶液；以碳酸铵、或碳酸氢铵、或碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、或氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂作为权利要求1中步骤2中的驱动溶液，通过铵离子以挥发性的碳酸氢铵、碳酸铵或氢氧化氨不断析出，保持阳离子膜两侧铵离子的高浓度差；为了加快反应速度，反应物的浓度最好都较高或者饱和。在步骤1中的驱动溶液中生成对应的碳酸钾、碳酸氢钾、硫酸钾、亚硫酸钾、硝酸钾、亚硝酸钾、磷酸钾，碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、亚硫酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠、磷酸钠。
本发明的一种碱的生产方法，利用权利要求1-5中的离子的交换和浓缩方法，其包括：以溶解性的钠盐、钾盐、锂盐，如氯化钠、氯化钾或氯化锂溶液分别作为权利要求1中所述的待处理溶液，以氨水溶液作为权利要求1中步骤1中的驱动溶液；以碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、或氢氧化锂作为权利要求1中步骤2中的驱动溶液；在步骤1中的驱动溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂；为了减少所生成的碱对氨的电解离的影响，应及时将产物碱移除出驱动溶液或进行现场应用于碱参与的化学反应。所得碱可作为前述海水淡化中步骤2的驱动溶液，海水淡化过程中析出的氨作为生产碱的原料，形成可循环过程。
或者，以溶解性的钠盐、钾盐、锂盐，如氯化钠、氯化钾或氯化锂浓溶液或饱和溶液分别作为权利要求1中所述步骤2中的待处理溶液，以氨水或氢氧化钙溶液作为步骤2中的驱动溶液，在该步骤2中的待处理溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂以及对应残余的盐；进一步地，将所得含碱及残余盐分的溶液作为权利要求6中所需要的氢氧根离子的来源或作为含碱溶液利用；用于洗涤或制浆造纸等领域。
进一步地，使溶解性的钠盐、钾盐、锂盐，如氯化钠、氯化钾或氯化锂浓盐溶液或饱和盐溶液，在由2个独立的阴离子膜分隔开的空间或容器内【即相当于容器的两侧是由阴离子膜所组成】与第一膜一侧的氨水及第二膜一侧的海水或废水进行同时交换，通过增加盐溶液中的氢氧根离子浓度，间接地提高与海水或废水进行交换的氢氧根离子浓度，解决弱电介质氨水中铵离子浓度低的问题。最优的，所述盐溶液中的元素种类与海水或废水中的元素种类相同，以减少不必要的离子交换。
本发明的一种溶液中离子的交换和浓缩装置，包括：一个独立的沉淀预处理容器系统，该系统中包括加料、搅拌、沉淀分离装置，气体回收装置；一个独立的驱动液容器系统，该系统中包括容器密闭装置、溶液更换的阀门装置、可插拔式联接结构；一个独立的待处理溶液容器系统，该系统中包括负压抽吸系统，曝气系统，气体回收系统；一个独立的扩散渗析组件，该系统中包括卷绕式或平行板式膜组件；可选择地，还有一个独立的结晶分离系统，与驱动溶液的容器相连通，用于结晶分离驱动溶液中的矿物质。实际使用时，分别含阴离子膜和阳离子膜扩散渗析组件的两套装置并行使用。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种新的海水淡化、含酸碱盐污水处理方法，或作为后续的反渗透、电渗析等的一种初级处理方法，以减少待处理溶液中的盐含量，该方法即可以开辟新的应用领域，也可以应用于当前离子交换树脂业已在用的领域。
步骤1、实验中，最好是弱酸性或中性阳离子膜为Donnan渗析装置中的扩散渗析膜，该膜被夹紧在两个开孔直径为3厘米并对接的尼龙件之间，膜的有效面积为3厘米直径圆，每个尼龙件开孔深度为1.5厘米。膜两侧形成第一和第二2个膜室，膜室边侧各有2个连接口连接进出水流的导管。以食用氯化钠溶液模拟海水，以氯化铵溶液为本步骤的驱动溶液，若所用阳离子膜为强酸性膜，则在氯化铵溶液中加入氨水，使pH值大于7，并经隔膜泵泵送至第一膜室，并循环回流，流速25ml/min；模拟的海水经微型泵泵送至第二膜室，并循环回流，流速1000ml/min。
步骤2、利用与步骤1同样结构的另一尼龙件，以碳酸氢铵溶液为本步骤的驱动溶液，最好是弱碱性或中性的阴离子膜为Donnan渗析装置中的扩散渗析膜。碳酸盐驱动溶液经隔膜泵泵送至第一膜室，并循环回流，流速25ml/min；经步骤1处理后的海水再经微型泵泵送至第二膜室，并循环回流，流速1000ml/min。实际实验时，步骤1和步骤2的海水同处于一个容器内。
步骤3、每隔1小时或3小时，将经步骤2处理后的海水辅以曝气，搅拌减压挥发，促进待处理溶液即模拟的海水中生成的氯化铵和碳酸钠或氢氧化钠之间的反应，也促进待处理溶液中的碳酸氢铵分解析出；或者使步骤2中的第二膜室始终处于曝气或搅拌减压挥发状态，连续地移除碳酸氢铵产物，并回收和回用于碳酸氢铵的驱动溶液中。
步骤4、将步骤3中的待处理溶液在充分脱除碳酸氢铵产物后，返回至步骤1中，或部分返回步骤1，部分返回步骤2中进行同步循环处理，或进行从步骤1至步骤3的循环处理，直至待处理的溶液中的溶质含量降低到设定的要求。
实验发现，在室温25℃条件下，以强酸性阳离子膜作为渗透膜，盐度值61.9ppt的氯化铵浓溶液为200ml驱动溶液，盐度值0.1ppt的自来水150ml为待处理溶液，3小时候。氯化铵的盐度值降低为60.9，自来水的盐度值升为0.2ppt，且在氯化铵溶液中伴有少量碱性的氨气挥发析出，应该是强酸性离子膜催化促进了氯化铵中铵离子脱去氢离子的分解反应。将盐度值33.7ppt的氯化钠溶液替代自来水进行交换1小时候后，氯化铵溶液的盐度值降为60.5ppt，且仍有少量的氨气析出，氯化钠溶液的盐度值升为34.5ppt，因为同摩尔浓度的氯化铵测得的盐度值要高于氯化钠的盐度值，说明了部分氯化钠转化为氯化铵。实验发现，当氯化钠的盐度值降低时，如到 约15ppt后，铵离子对钠离子的交换效应变弱，主要的是铵离子的分解反应，并析出氨气，使盐水的pH值增加，但氯化钠溶液的盐度值变化缓慢，只有氯化铵的盐度值继续明显下降，应该是氯化铵持续转化为氯化氢的缘故。为解决此一问题，需要采用非强酸性阳离子膜或者在氯化铵溶液中加入氨水，调节驱动溶液的pH值大于7，当此时驱动溶液的pH大于7时，实测氯化钠溶液的盐度增加明显，达到盐度高时的盐度增加速度。同样的现象也发生在用强碱性阴离子膜进行碳酸氢铵与氯化钠交换时的情况，因此，在低盐度情况下脱盐，最好是非强碱性阴离子膜，或者优先将海水中的阳离子转化为铵离子后再进行阴离子膜的处理。
实验结果显示，总量为250ml的模拟海水溶液，在～20℃的常温常压下，经90小时累积渗析，通过以下步骤，尤其在使用强酸性阳离子膜的情况下，在步骤2中优先将海水中的氯化钠转化为碳酸氢钠或碳酸钠，使氯化钠和碳酸钠的重量比达到～70∶30，再进行步骤2的渗析，且在步骤1中不断搅拌析出碳酸铵气，当步骤1中的碳酸钠基本被交换后，即当盐度计显示的盐度不再降低时，再返回到步骤2中循环处理，盐度从36‰降至2.5‰【盐度计为市售盐度计SA287，并经饱和盐水浓度进行校正】。在不影响整体渗析速度的前提下，最优的过程是能够使海水中的氯化钠尽可能多地先转化为碳酸钠或碳酸氢钠，再经步骤1转化为碳酸氢铵或碳酸铵。或者，利用氯化物、硝酸盐易溶于水的特点，在利用弱酸性阳离子膜作为渗析膜的条件下，或在氯化铵、硝酸铵盐溶液中加入碳酸氢铵、碳酸铵或氨水调节pH值大于7的条件下，优先进行步骤1，再进行步骤2，并循环处理。
实施例2
为了检验铵盐的分解效应，及其导致的泄漏以及检测膜本身的泄漏参数，以含微量电解质的城市自来水【200ml，测得的盐度值为0.1ppt】为待处理溶液即对应的交换溶液进行扩散渗析；所用强酸性阳离子膜厚约0.28毫米。
当驱动液为饱和氯化铵溶液时，扩散渗析半小时后，测得氯化铵溶液和自来水中均有氨气析出，使pH试纸显色，且自来水的pH值从约7增加到约7.5，另外，测得自来水中盐度每增加0.1ppt，耗时10min。经7小时后，自来水的盐度值达到4.4ppt，蒸发水分后，可见氯化铵晶体，灼烧后形成白雾，说明了在有氨渗透的同时，阳离子膜也有溶质氯化铵的泄漏。当驱动液为饱和氯化铵和碳酸铵时，即增加了驱动液的碱度，渗析1.5小时后，自来水中有微弱氨气析出，并使pH试纸显色，且自来水的pH值微显碱性，另外，测得自来水中盐度每增加0.1ppt，耗时18min。
当驱动溶液为饱和的氯化铵、碳酸铵再加上氨水溶液时，即进一步增加了驱动溶液的碱度，扩散渗析4小时后，测得自来水中才有微弱氨气析出，且自来水的pH值有增加但变化不明显，另外，测得自来水中盐度每增加0.1ppt，耗时66min。
上述结果显示，氯化铵盐在强酸性阳离子膜或固体碱的催化下，铵盐或铵离子有自发分解的反应，其化学驱动力是浓度差或与环境的浓差的驱动，即在待处理液中的盐度未见明显增加的情况下，过饱和驱动液中的铵盐晶体颗粒可见不断的消失；其过程应该是，当铵离子在浓度梯度的作用下，渗透进入阳离子膜中后，与膜中经由强酸性离子膜催化水解生成的氢离子进行交换，使驱动液中氢离子浓度增加，但当铵离子离开阳离子膜时，则解离出氢离子，以维持膜的电中性，再以氨分子形式进入待处理液的自来水中，也有部分随机运动返回铵盐驱动溶液中并在膜表面富集析出溶液，部分溶于待处理溶液中增加了所测量的水溶液的盐度值。或者，铵离子与氢氧根离子结合，同样达到了增加溶液中的氢离子浓度，而自身以电中性的氢氧 化铵或氨水合物方式透过阳离子膜，再进入待处理液中，或返回铵盐溶液中。在固体碱催化分解情况，铵离子与固体碱释放的羟基结合和富集，并部分分解析出。
当驱动液中氢氧根离子浓度增加时，自来水中的盐度增加速度降低，说明了驱动液中的氢氧根离子在扩散进入强酸性阳离子离子膜中后，由于水的电离平衡的限制，抑制了在酸性活性基团附近水解离生成氢离子的反应，减少了氢离子对扩散渗透的影响，从而降低了铵离子也即铵盐的分解反应。该现象和反应可以用来达到脱除溶液中的铵离子的效果和目的，尤其是，利用强酸性阳离子膜或强酸性阳离子树脂催化铵离子的分解，用于脱除实施例1海水淡化方法中海水中未完全析出的碳酸铵、碳酸氢铵，其中对应的交换溶液为清水或含酸溶液，含酸溶液通过提供氢离子，进一步地促进铵离子的分解反应。本实验也说明了，在利用铵离子作为交换离子时，最好使用弱酸性或中性的阳离子膜，以减少氢离子对其它阳离子交换的影响。
实施例3
将50g市售强酸性钠型阳离子树脂用饱和的氯化铵溶液浸泡6小时，将50g强碱性氯型阴离子树脂用饱和的碳酸氢铵溶液浸泡6小时。取出树脂后用清水充分洗涤，并经离心脱除水分。先将模拟的海水150ml倒入经氯化铵处理过的阳离子树脂中，经1小时交换反应后，将海水倒入先前处理过的阴离子树脂中，经1小时交换反应后，完成一个交换循环后，再倒入阳离子树脂中，循环3次后，测得盐度从千分之35降低到千分之29，并伴有碱性的氨气析出。改用弱酸性阳离子树脂和弱碱性阴离子树脂时，有类似的效果，但交换速度较慢。
为验证强酸性阳离子交换膜、强酸性阳离子交换树脂对铵盐分解的催化作用，分别称取20g强酸性钠型阳离子树脂和弱酸性氢型阳离子树脂，先将两者均转化为钠型树脂，即用碳酸氢钠饱和溶液处理弱酸性氢型阳离子树脂，在没有可见的碳酸气析出后，再用饱和氯化钠浸泡12小时，之后，两种树脂均经自来水浸泡清洗、沥干。在同时以饱和的氯化铵溶液浸没树脂，在浸没树脂的烧杯的开口上方同时放置潮湿的pH试纸，可见强酸性树脂上方的试纸迅速改变颜色，可达pH9，而弱酸性树脂上方的试纸颜色变化明显较慢，虽然pH值也有所上升，但明显低于9。该分解反应的驱动力应该是浓度驱动，当氯化铵部分转化为氯化氢后，催化分解反应即会受到抑制，但当溶液中的铵盐是碳酸铵或碳酸氢铵时，分解产物碳酸可以分解挥发析出，因此，碳酸铵或碳酸氢铵的催化分解可以进行的更彻底。此一现象，即可应用于前述海水或各种污水淡化后，水溶液中的碳酸铵、碳酸氢铵的分离脱除。
实施例4
本实施例提供一种新的单纯含碱污水处理的方法，以制浆厂污水为例，其它碱性废水如纺织、皮革、电镀、湿法冶金废水等可以进行类似操作。将实施列1中模拟的海水替换为碱性的制浆造纸厂污水，以0.28mm厚度的强酸性淘宝售阳离子膜为扩散渗析膜，以碳酸氢铵、碳酸铵或碳酸铵盐的氨水溶液作为驱动溶液，仅经上述步骤1，常温常压下，200ml制浆黑液以盐度计测量，其盐度值降低速度为每小时0.3ppt，合每平方米的阳离子膜每小时可从含碱约5％(重量)废水中交换出约120g氢氧化钠，交换速度明显高于海水中铵离子对钠离子的交换，进一步说明了强碱性溶液对强酸性离子膜催化水解离的抑制。为了避免废水中钙、镁等金属离子形成的碳酸盐、硅酸盐形成沉淀对膜的影响，最好预先充入二氧化碳气体或者添加碳 酸氨，促使这些金属离子、硅酸根离子及部分大分子有机物先行沉淀析出，并同时回收析出的气体如氨气，或电镀废水中的氰化铵气体。在上述的制浆黑液中加入碳酸铵，静置后，可见碳酸盐的沉淀。
对于除含有氢氧根离子外，还含有其它阴离子的废水溶液，如含有氢氰酸、氰根、氰酸根、硫氰酸根、砷酸根、硝酸根、硫酸根、磷酸根、氯离子等阴离子，以及各种金属离子的溶液，较佳地，如溶液的pH值大于10，则首先利用阳离子膜扩散渗析获得一定量的碱溶液，再加入碳酸钠，最好加入碳酸铵，通过生成氢氧化铵及其以氨气形式析出溶液，降低溶液的碱性，以及生成不溶性的碳酸盐方式减少或沉淀出溶液中的可生成碳酸盐沉淀的金属离子；进一步地，利用实施例1中的步骤2中的阴离子膜的扩散渗析，以碳酸铵、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸氢钾或碳酸氢钠饱和溶液为驱动液，交换出废水溶液中的各种阴离子，如氯离子、硫酸根、硝酸根离子，尤其是氰根离子的交换，随着氰根离子浓度的降低，将促使含氰废水中的金属氰化物、金属氰络合物的解离，以及进一步转化为碳酸盐、碳酸氢盐或金属氰化物，经浓缩后沉淀分离，最终使废水中主要只含有钠、钾、和/或铵的碳酸盐。根据排水或回水标准的需要，其中的钠、钾离子则可经阳离子膜渗析，以铵离子为驱动离子，进行交换，从而使废水中只含有可挥发析出的碳酸铵或碳酸氢铵。
实施例5
本实施例提供一种新的单纯含酸溶液或含酸污水的处理的方法，以生物质稀酸溶液为例，其它酸性废水如电镀、酸洗、化学合成、吸收硫、氮氧化物等酸性气体后的污水可以进行类似的操作。将实施列1中模拟的海水替换为3％硫酸酸水解农作物秸秆所得到的含糖溶液，最优地，以碳酸氢铵、碳酸铵作为阴离子膜的驱动溶液，提供碳酸氢或碳酸根离子，仅经上述步骤2，常温常压下，使硫酸根离子与碳酸氢根离子、碳酸根离子交换，而含糖溶液因碳酸的分解，而实现脱酸，驱动溶液中的硫酸铵作为化肥实现其价值。
实验中以200ml硝酸溶液为例，以氨水、碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸氢钾、碳酸钾饱和溶液或与氨水的混合溶液为驱动溶液，阴离子膜为强碱性阴离子膜，经1小时渗析，部分硝酸被碳酸交换并挥发析出，以盐度计盐度值为计量，硝酸的盐度值从22.3ppt降低到20.7ppt。在低浓度硝酸溶液时，经17min渗析，硝酸的盐度值从7.3ppt降低到7.1ppt；更低浓度浓度时，经1小时渗析，硝酸的盐度值从2.9ppt降低到2.5ppt。
在处理含金属离子的含酸溶液是，若酸浓度较高，则可以预先经扩散渗析提取部分酸，若溶液中还含有六价的铬离子或铬酐，则需先经还原剂使其还原为三价铬离子，最优地，利用铁粉、铁削作为还原剂，单价铁先中和酸，生成的二价铁离子再与六价铬离子发生还原反应，当酸完全中和且六价铬完全还原后，再加入适量碳酸铵，碳酸氢铵，将溶液中可形成碳酸盐沉淀的金属离子沉淀析出，避免渗析过程中形成沉淀。经碳酸铵、碳酸氢铵沉淀后，溶液中仅有溶于水的铵盐、钠盐和/或钾盐，以铵或钠或钾的碳酸盐或碳酸氢盐为驱动溶液，经阴离子膜的扩散渗析，交换溶液中的各种阴离子，根据排水或回水标准的需要，以铵盐或氨水溶液为驱动溶液，经阳离子膜的渗析处理，以铵离子交换钠、钾离子后，再曝气挥发析出或经催化析出经渗析转化生成的碳酸铵、碳酸氢铵及过量添加的碳酸铵，即完成了含酸水溶液的处理。从某电镀厂随机提取的混合废水，以盐度计测量，初始的盐度值为11ppt， pH～2。经铁削10小时中和酸和还原六价铬后，pH值接近6，并可见绿白色沉淀物，再加入碳酸盐，最好是碳酸铵，则形成浑浊的溶液，经10小时静置沉淀，过滤沉淀后得300ml清澈的溶液，利用直径7cm的阴离子膜渗析，以饱和碳酸氢铵溶液为驱动液，经8小时渗析，同时曝气促进碳酸氢铵的挥发析出，溶液的盐度值降低到3ppt；再经直径3厘米的阳离子膜的扩散渗析，以氯化铵或碳酸氢铵为驱动溶液，经5小时的扩散渗析，废水的盐度值降低到2ppt。
实验时，含酸的电镀厂废水未经碳酸铵沉淀的预处理情况下，初期渗析速度较快，每小时盐度值可降低1ppt，但10小时后即基本停止渗析，检查发现在废水侧的膜表面覆盖了一层红色铁锈样沉淀，经酸泡清洗后，膜的渗析作用又得到恢复。
实施例6
本实施例提供一种盐的生产方法。以浓或饱和的氯化钾、氯化钠溶液分别作为待处理溶液，以碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸钠、硝酸铵、亚硝酸铵、磷酸铵或铵盐的混合溶液溶液作为步骤1中的驱动溶液；以碳酸氢铵、或碳酸铵、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠作为步骤2中的驱动溶液；在步骤1的驱动溶液中分别生成对应的碳酸钾、碳酸氢钾、硫酸钾、亚硫酸钾、硝酸钾、亚硝酸钾、磷酸钾，碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、亚硫酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠、磷酸钠。
当以200ml碳酸铵饱和溶液为阳离子膜的驱动溶液，饱和的碳酸氢铵或碳酸氢钾为阴离子膜驱动溶液，阳离子膜和阴离子膜均为强酸性和强碱性膜，200ml氯化钾溶液为对应的交换溶液，该溶液同时被2个微型泵循环泵送至阴离子膜侧和阳离子膜侧，氯化钾初期盐度值从109.5ppt降低到109.0ppt耗时10min，经1小时渗析，氯化钾中测得的盐度值从109.5ppt降低到107.7ppt，其中有氨气析出，应该是碳酸氢铵的部分分解形成的氨气。实际生产时，最好始终保持氯化钾的饱和溶液状态。灼烧碳酸铵驱动溶液，完全挥发碳酸铵，得到碱性的固体粉末，潮湿的pH试纸直接接触测得pH达14，应该是固体碳酸钾。
为了节省离子膜的使用，可以只采用步骤1阳离子膜的扩散渗析，利用溶解度高的氯化铵为驱动溶液，加入碳酸氢铵、碳酸铵、硫酸铵、硝酸铵，以便在驱动液中生成溶解度低或相对低的相应的钠或钾的碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐或硝酸盐。
将上述的碳酸铵饱和溶液换成硝酸铵溶液，氯化钾为饱和溶液，与碳酸铵本身显碱性不同，硝酸铵显酸性，因为阳离子膜的强酸性基团的水解作用，从硝酸铵溶液中析出大量氨气，也从氯化钾溶液中析出部分氨气，且硝酸铵溶液的pH值增加到8，经1小时渗析，硝酸铵溶液的盐度从35.0ppt增加到37.0ppt，氯化钾溶液pH值增加为7.2左右，pH的增加说明氨水或氨分子或碳酸氢铵或碳酸铵的存在，说明钾离子实际主要的是和氢离子的交换，而只有较少量的与铵离子交换，而氢离子直接或间接地来源于铵离子解离出的氢离子，铵离子本身转化为氨分子遇水而显碱性，或生成碳酸氢铵或碳酸铵而显碱性。在蒸发及烧灼硝酸铵溶液时，剩余硝酸铵完全分解挥发，所得硝酸钾固体最后分解，剩余的氧化钾检测显示碱性。因为，钾离子的交换受制于铵离子的解离过程，因此，渗析速度受限。将上述的硝酸铵溶液换成同样显酸性的硫酸铵溶液，发现同样的铵离子分解现象。
将上述氯化钾换为氯化钠后，均检测出对应生成的钠盐，故不再赘述。
实施例7
本实施例提供一种碱的生产方法，包括：溶于水的钠盐、钾盐、锂盐，如以氯化钠、氯化钾或氯化锂溶液分别作为待处理的溶液，以氨水溶液作为步骤1中的驱动溶液；以碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、或氢氧化锂作为步骤2中的驱动溶液；在步骤1中的驱动溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂。在示范实验时，以盐度计测得盐度值约为0.2ppt的浓氨水作为步骤1的驱动溶液，饱和碳酸氢铵或碳酸氢钾作为步骤2的驱动溶液，盐度值80.8ppt的氯化钠作为待处理液，经2个独立的微型泵泵送至阴、阳离子膜侧进行交换，经3小时渗析，氯化钠的盐度值增加为81.3ppt，该溶液经烧灼挥发碳酸氢铵、或有氯化铵，再恢复水量后测得的盐度值为79.3ppt；浓氨水的盐度值增加到1.8ppt，经加热蒸发烧灼后，得到白色固体粉末，试纸检测pH值达14，说明白色粉末是氢氧化钠，再恢复水量后测得的盐度值为1.5ppt，即为所得的氢氧化钠的浓度。实际生产时应维持氯化钠始终在饱和状态，氨水也维持在饱和状态，并适当加压。
或者，以溶于水的钠盐、钾盐、锂盐，如以氯化钠、氯化钾或氯化锂浓溶液或饱和溶液分别作为步骤2中的待处理溶液，以氨水或氢氧化钙溶液作为步骤2中的驱动溶液，在该步骤2中的待处理溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂以及对应残余的盐；在示范实验时，当在阴离子膜两侧的是氨水与氯化钠浓溶液时，经1小时扩散渗析，氯化钠溶液中的pH值明显大于7，说明发生了阴离子的交换，在氯化钠盐溶液中生成了部分碱。
进一步地，以溶于水的钠盐、钾盐、锂盐，如氯化钠、氯化钾或氯化锂浓溶液或饱和溶液通过2个独立的阴离子膜之间的空间，即相当于一个容器的两侧是由两张阴离子膜所组成，两膜内侧之间是浓或饱和的盐溶液，第一膜的外侧与氨水或氢氧化钙溶液进行阴离子交换，第二膜的外侧与海水或废水进行阴离子之间的交换，可测出海水或废水中pH值按预期地增加，达到了间接地提高氨水或氢氧化钙溶液与海水或废水进行交换的氢氧根离子浓度的目的。上述阴离子膜改用为阳离子膜，则可以间接地提高氨水中铵离子与海水或废水进行阳离子交换的有效浓度。
实施例8
为了经济地提取上述驱动液中来自海水或废水中的各种离子，需要尽可能地采用溶解度高的溶质作为驱动溶液或驱动离子，增加驱动力，增加可交换提取离子的浓度，同时所交换形成的新物质最好有尽可能低的溶解度，使结晶分离可以经济地实现。以下以渗析温度30摄氏度为参考，含铵阳离子的氯化铵溶解度高，但与海水中的Na+、K+等阳离子形成的氯化物溶解度也高，因此，加入碳酸氢铵，促使在步骤1的渗析交换过程中，尽可能的与大量的海水交换，也使钠、钾离子转化为低溶解度的碳酸氢钠、钾，从而容易地被浓缩提取，减少冷却结晶所需的低温程度或更有利于盐析结晶或加入丙酮、乙醚等促进结晶的过程，提取钠钾等碳酸盐沉淀后的母液，补充氯化铵、碳酸氢铵后循环使用。对应的，在步骤2中，阴离子驱动溶液最好采用碳酸氢铵或碳酸钾饱和或浓溶液，以碳酸钾为例，饱和时的碳酸根离子浓度达8.3mol/L)，渗析后形成的氯化钾饱和时的氯离子浓度4.97mol/L，而硫酸钾浓度则更低，饱和氯离子浓度是海水中氯离子浓度的约10倍，因此可以有效地 浓缩提取海水中的氯离子、硫酸根等阴离子，即单位体积的驱动液可以获得更多的淡化水。因为海水中钙镁等重金属离子与碳酸盐生成沉淀，为避免沉淀对膜的破坏，海水中预先溶解少量碳酸铵先行沉淀反应，析出形成沉淀的金属离子。
经实验检测，阴、阳离子膜有效面积各约为30平方厘米情况下，饱和碳酸铵溶液分别作为阴离子和阳离子驱动溶液，经4小时扩散渗析，200ml含氯化钠的盐水的盐度值从初始的36.0ppt降低到34.5ppt【碳酸铵完全挥发后】，在完全蒸发阴离子和阳离子驱动溶液后，分别得到pH试纸检测为酸性的氯化铵【pH～5】和碱性的碳酸钠【pH～13】的固体结晶，再加水回到原有体积200ml后，测得盐度值分别为1.1ppt，1.3ppt，为不含碳酸铵的盐度值，即经离子交换后，在驱动液中生成了氯化铵和碳酸钠，将两者混合加热反应释放碳酸铵，得到氯化钠，即相当于完成了从海水中提取出盐的效果。
为了实现内部物质的循环，将从海水中挥发析出的碳酸铵直接输送到步骤1的驱动溶液中，所得碳酸钠与氯化铵反应，制得碳酸铵。若阴离子驱动溶液为碳酸氢铵或碳酸铵，则可通过盐析结晶或加入丙酮促进结晶析出氯化铵，或与碳酸氢铵、碳酸铵共析，但碳酸氢铵、碳酸铵可以经挥发与氯化铵分离，该氯化铵与从阳离子驱动溶液中析出的碳酸氢钠、碳酸钠及碳酸氢钾、碳酸钾结晶或浓溶液混合反应，或者直接将步骤1和步骤2中的驱动溶液混合并加热促进反应，释放出碳酸氢铵、碳酸铵，吸收回用，氯化钠和氯化钾作为副产品；经浓缩结晶提取了部分低溶解度盐分的母液则继续循环回用为驱动液，即实际的驱动液中不仅含有设计的驱动物质，还含有少量的各种经渗析交换后生成的盐残留物。若阴离子驱动液为碳酸钾，则将浓缩或结晶所得氯化钾放入步骤1的驱动溶液中，与碳酸氢铵反应转化为溶解度低的碳酸氢钾，方便浓缩结晶提取和回用。
上述步骤1中含铵离子的驱动溶液还可以是溶解度高的硝酸铵(饱和时铵离子的浓度30mol/L)，而对应生成的硝酸钠饱和时的钠离子浓度只有11.2mol/L，一方面可以大量与海水中的钠离子进行交换，另一方面，也方便了硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁等硝酸盐的结晶分离。结晶分离出的硝酸钠与步骤2中浓缩结晶的氯化铵进行反应，获得硝酸铵浓溶液和氯化钠。利用硫酸铵溶解度高，而硫酸钠、硫酸钾等溶解度低的特点，硫酸铵也可作为步骤1的驱动溶液，生成的硫酸钠与海水中析出的碳酸铵反应获得硫酸铵和碳酸钠。最优地，在硝酸铵驱动溶液中加入氯化铵，利用硝酸钠以mol计溶解度大于氯化钠的特点，使驱动液中经渗析获得的钠、钾离子，以氯化钠、氯化钾方式浓缩结晶析出；或最优地，在硝酸铵驱动溶液中加入碳酸氢铵、碳酸铵，使驱动液中经渗析获得的钠、钾离子，以碳酸氢盐或碳酸盐方式浓缩结晶析出，此时步骤2中的驱动溶液可以是碳酸氢铵或碳酸钾。
实施例9
本实施例提供一种方便上述各实施例操作的装置。为沉淀出海水或各种废水中可与碳酸根离子、氢氧根离子发生沉淀的金属离子，先设置一个计量和沉淀、分离沉淀物的容器和过滤系统，对水溶液进行预处理。若所使用的驱动溶液中含有铵离子，碳酸根离子、碳酸氢离子，容易挥发析出氨气、碳酸氢铵、碳酸铵、二氧化碳，因此，驱动液的容器应该是密闭的，可更换的标准件，且是插拔式的与渗析组件联接，方便在工作现场更换驱动溶液，即通过更换驱动液的容器，补充新的驱动液； 或者通过阀门先释放使用过的驱动液，再输入新鲜的驱动溶液。而待处理溶液的容器部分则应是可以提供曝气或经抽吸形成负压的容器，并以插拔式的方式与渗析组件联接，以便独立的促使碳酸铵、碳酸氢铵的析出。含离子交换膜的渗析组件可以是单独的含有阴离子或阳离子交换膜的组件，分别对待处理溶液进行扩散渗析处理后，再循环进入待处理溶液的容器内，每个膜组件可以是卷筒式的也可以是平行板式的结构，即由同一种膜分割出平行的溶液流动的窄空间，待处理液和驱动液交替的流经所说的窄空间内；也可以是同时含有阴、阳离子膜的组件，即由多对阴、阳离子膜分割出诸多溶液流动的空间，待处理液和阴、阳离子交换可公用的驱动溶液碳酸铵、或碳酸氢铵溶液交替的流过被阴、阳离子膜分割出的空间内，实现离子的交换。另外，还可以有一个独立的结晶分离系统，该系统结晶分离驱动溶液中提取的来自海水或污水中的矿物质。
本具体实施方式提供的溶液中离子的交换和浓缩方法还可应用于分离各种含有溶解于水中的有机物和无机物的污水；非电解质参与的化学反应中，包括发酵液的提纯、分离，使非电解质转化成的电解质及产物或副产物中的离子化合物(如氯化氢、水以及废弃的催化剂)及时析出，以促进非电解质转化为电解质，如甲醇的氧化制造甲酸，糖发酵产物中有机酸的移除等；以及日常饮用水净化；各种含有机物的混合溶液的脱离子浓缩；代替电渗析脱盐提纯等。