不依赖化学物质的碱度/pH值控制系统和方法

本公开涉及水和其他溶液的处理，具体地涉及碱度/ph值控制的电化学系统和方法。

背景技术：

1、许多重要的工业过程需要监测和调节碱度和/或ph水平，以提供具有所需化学反应性或生物活力的环境或溶液。这些过程包括食品和饮料行业、制药行业以及工业废水、饮用水、灌溉系统用水、海水等的水处理过程，以上仅举几个例子。调节溶液ph值的常规方法通常涉及直接加入酸溶液或碱溶液。在工业规模上，这需要稀释商业强酸和强碱。考虑到强酸、强碱生产过程中产生的熵生(entropy generation)和不可逆的能量损失、强酸/强碱的运输和储存，以及将强酸/强碱作为工业用途的稀释，迫切需要提供一种更加环保/可持续的ph值调节过程，同时在商业/工业上也是可行的。

技术实现思路

1、在一个方面，本技术公开一种系统，该系统具有至少一个模块的，该至少一个模块中的每一个包括：被设置为沿着至少一个液体流延伸的过滤膜、第一电极及第二电极；所述过滤膜限定有第一膜侧和第二膜侧，所述第一膜侧和所述第二膜侧是彼此背对的不同膜侧，所述过滤膜被设置为将所述至少一个液体流分离为所述过滤膜的第一膜侧的第一液体流和所述过滤膜的第二膜侧的第二液体流；所述第一电极和所述第二电极分别位于所述过滤膜的不同膜侧，其中所述第一液体流被设置为流经所述第一电极以形成以第一碱度/ph值为特征的第一出液流，并且其中所述第二液体流被设置为流经所述第二电极以形成以第二碱度/ph值为特征的第二出液流，其中所述第一碱度/ph值和所述第二碱度值/ph因施加在所述第一电极和所述第二电极上的电势差而彼此不同。

2、上述系统可以是至少一种液体体流的特征在于相应的流入碱度/ph值，并且其中第一出液流和第二出液流中至少一个的碱度/ph值与相应的流入碱度/ph值不同。根据上述任一项的系统，其中一个所述第一出液流和所述第二出液流中的碱度/ph值高于相应的所述第一液体流和所述第二液体流的碱度/ph值，并且其中所述第一出液流和所述第二出液流中的另一个的碱度/ph值低于相应的所述第一液体流和第二液体流中的碱度/ph值。根据上述的任一系统，其中所述第一出液流和所述第二出液流中的一个是碱性或中性出液流，并且其中所述第一出液流和所述第二出液流中的另一个是中性或酸性出液流。根据以上所述任一项的系统，其中所述碱性出液流的ph值值在大于7且等于或小于13的范围内。根据上述任一项的系统，其中所述中性或酸性出液流的ph值在1至7之间。

3、根据上述任一项所述的系统，还包括在连接于所述至少一个模块的流路中的至少一个泵，所述至少一个泵被设置为可控制地执行以下一项或同时两项：(i)以各自的流体压力输送第一液体流和第二液体流中的至少一个；以及(ii)提供所述第一液体流与所述第二液体流之间穿过过滤膜的水压差。根据上述任一项的系统，其中所述第二出液流包括从所述第一液体流穿过所述过滤膜的渗透物。根据上述任一项所述的系统，其中所述第一液体流与所述第二液体流之间的压力差是所述第一液体流与所述第二液体流之间的水压差及渗透压差中的至少一个压差的结果，其中所述压差被设置为穿过过滤膜使能以下任一个：压力延迟渗透、正向渗透、渗透辅助反向渗透、反向渗透、纳滤、超滤和微滤。

4、根据上述任一项所述的系统，还包括至少一个再循环流路，其中所述至少一个再循环流路中的各自一个被设置为将第一出液流和第二出液流中的一个的至少一部分再循环到第一液体流和第二液体流中的相应一个。

5、根据上述任一项所述的系统，其中所述至少一个模块还包括：第一间隔板，所述第一间隔板被设置为为第一液体流提供第一流路，其中所述第一液体流的至少一个流体动力学参数由第一间隔板确定。根据以上任一项所述的系统，其中所述第一间隔板被设置为作为所述第一电极。根据上述任一项所述的系统，其中，所述至少一个模块还包括第二间隔板，所述第二间隔板被设置为为所述第二液体流提供第二流路，并且其中所述第二液体流的至少一个流体动力学参数由所述第二间隔板确定。根据以上任一项所述的系统，其中所述第二间隔板被设置为作为所述第二电极。根据前述任一项所述的系统，其中所述第一间隔板设置在所述过滤膜与所述第一电极之间并与所述过滤膜及所述第一电极接触，并且其中所述第二间隔板设置在所述过滤膜与所述第二电极之间并与所述过滤膜及所述第二电极接触。

6、根据上述任一项的系统，其中所述过滤膜的所述第一膜侧被设置为作为所述第一电极。根据上述任一项的系统，其中所述过滤膜的所述第二膜侧被设置为作为所述第二电极。根据上述任一项所述的系统，其中所述过滤膜包括非导电层，所述非导电层设置在所述第一电极与所述第二电极之间。根据上述任一项的系统，其中，所述第一碱度/ph值及第二碱度/ph值中的至少一个是可变的，并且响应于施加在所述第一电极和所述第二电极上的电势差的变化和/或提供给第一电极和第二电极的电流的变化。

7、根据上述任一项所述的系统，还包括：控制器，所述控制器被设置为：获取从所述第一出液流和所述第二出液流中的一个或两个测得的至少一个碱度/ph值；及响应于所述至少一个测得的碱度/ph值，改变施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电势差和/或改变提供给所述第一电极和所述第二电极的电流。

8、根据上述任一项的系统，其中所述过滤膜为非离子交换膜，所述非离子交换膜选自以下：反渗透(ro)膜、纳滤(nf)膜、超滤(uf)膜、微滤(mf)膜、正向渗透(fo)膜、阻压渗透(pro)膜和多孔过滤纸。

9、根据上述任一项所述的系统，其中，所述至少一个模块被设置为以下之一：螺旋卷式膜过滤模块、板框式膜过滤模块、中空纤维膜过滤模块和管式膜过滤模块。

10、在另一方面，本技术公开一种方法，包括：提供至少一个流经过滤膜的液体流，所述过滤膜限定有第一膜侧和第二膜侧，所述第一膜侧和所述第二膜侧是彼此背对的不同膜侧，所述过滤膜被设置为将至少一个液体流分为过滤膜的第一膜侧上的第一液体流和过滤膜第二膜侧上的第二液体流；及在第一电极和第二电极上施加电势差，所述第一电极和所述第二电极分别位于过滤膜的不同膜侧，其中，所述第一液体流被设置为流经所述第一电极，以形成第一出液流，所述第一出液流的特征为第一碱度/ph值，并且其中，所述第二液流被配置为流经所述第二电极，以形成以第二碱度/ph值为特征的第二出液流，及其中，所述第一碱度/ph值与所述第二碱度/ph值互不相同。

11、所述至少一个液体流的特征在于相应的流入碱度/ph值，并且其中所述第一出液流和所述第二出液流中的至少一个液流的特征为其碱度/ph值不同于相应的流入碱度/ph值。所述第一流出液流和所述第二流出液流之一的碱度/ph值高于相应的流入液流的碱度/ph值，并且其中所述第一出液流和所述第二出液流之一的碱度/ph值低于另一个相应的流入液流的碱度/ph值。

12、所述方法还包括在所述过滤膜上施加压力差。所述第二出液流包括从所述第一液体流透过所述过滤膜的渗透物。所述压力差是由所述第一液体流与所述第二液体流之间的液压压差和渗透压差中的至少一个所导致的结果，并且其中所述压力差被设置为能够使能穿过所述过滤膜的以下任何一个：压力延迟渗透、正向渗透、渗透辅助反向渗透、反向渗透、纳滤、超滤和微滤。

13、所述方法还包括将所述第二出液流的一部分再循环到所述第二液体流以及将所述第一出液流的一部分再循环到所述第一液体流中的至少一个或两个。所述第一液体流被设置为流经第一间隔板，并且其中所述第一间隔板被设置为确定所述第一流的至少一个流体动力学参数。所述第一电极被设置为作为所述第一间隔板。所述第二液体流被设置为流经第二间隔板，并且其中所述第二间隔板被设置为确定所述第二液体流的至少一个流体动力学参数。所述第二电极被设置为作为所述第二间隔板。所述第一间隔板被设置在所述过滤膜和所述第一电极之间并与其接触，并且其中所述第二间隔板被设置在所述过滤膜与所述第二电极之间并与所述过滤膜及所述第一电极接触。所述过滤膜的所述第一膜侧被设置为作为所述第一电极。所述过滤膜的所述第二膜侧被设置为作为所述第二电极。所述过滤膜包括非导电层，所述非导电层被设置在所述第一电极与所述第二电极之间。

14、在所述方法中，其中所述第一碱度/ph值及所述第二碱度/ph值中的至少一个是可变的，并且响应于施加在所述第一电极与所述第二电极的电势差的变化而变化，和/或提供给所述第一电极和所述第二电极的电流的变化而变化。

15、所述方法还包括响应于从所述第一出液流和所述第二出液流中的一个或两个测得的至少一个碱度/ph值，改变在所述第一电极和所述第二电极的电势差和/或改变提供给所述第一电极和所述第二电极的电流。