Способ определения соленых вод

 

СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ СОЛЕНЫХ ВОД, включающий циркуляцию воды через электродиализатор с анионообмениыми и катионообменными мембранами в течение времени опреснения, о т л и ч а ю и и с я тем, что, с целью снижения энергозатрат и упрощення процесса, скорость циркуляции поддерживают на деполяризацйоином уровие 80-90% времени опреснения , которое не более времени переноса гидроксильных ионов через анионообменные мембраны, определяемого по формуле 5-Р-Х ОМ, ; ,1 время пребывания гидрокгде сильных ионов в анионообменных мембранах; об отношение подвижностей хлор-иона и гидроксильного иона в анионообменной мембране; 5толщина анионообменной мембраны; 1(0 Fчисло Фарадея; Xемкость анионообменной мембраны; 1средняя плотность тока за время опреснения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

IIIIII. РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51) В О! D 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ где

F—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3548941/23-26 (22) 07.02.83 (46) 30.06.85.Бюл.))24 (72) Б.С.Трояикер (53) 621.317.729 (088.8) (56) 1, Анельцын И.Э,,Клячко В.А, Опреснение воды. M. Стройиздат, 1968, - с. 148-152.

2. Tsunoda Y., Kyoto М. Desalination, 1967, Ф 3, с.66-81. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ СОЛЕНЫХ

ВОд, включакиций циркуляцию воды через электродиалиэатор с анионообменными и катионообменными мембранами в течение времени опреснения, о т л и ч а ю а(и и с я тем, что, с целью снижения энергозатрат и упрощения процесса, скорость циркуляции поддерживают на деполяризационном уровне 80-90Х времени опреснения, которое не более времени переноса гидроксильных ионов через анионообменные мембраны, определяемого по формуле время пребывания гидроксильных ионов в анионообменных мембранах; отношение подвижностей хлор-иона и гидроксильного иона в анионообменной мембране; толщина анионообменной мембраны; число Фарадея; емкость анионообменной мембраны; средняя плотность тока за время опреснения.

1163879

55

Изобретение относится к технологии опреснения соленых вод методом электродиализа и может быть использовано, в частности, для опресне- 5 ния морской воды.

Известен способ опреснения соленых вод методом электродиализа, заключающийся в пропускании исходной воды через многокамерный электро- 0 диацизатор с электродами и чередующимися катионообменными и ионообменными мембранами при прохождении через них постоянного тока. При этом происходит снижение концентрации солей в камерах, ограниченных анионитовыми мембранами со стороны анода и катионитовыми мембранами со сто-, роны катода, и повышение концентрации солей в смежных камерах. Обеспечение необходимой степени опреснения достигают за счет использования прямоточной схемы с рядом последовательно включенных электродиализаторов и циркуляционной схемы с рециркуляцией через электродиализатор порции исходной воды. Для предотвращения образования осадков в камерах концентрирования электродиализаторов предусматривают комплекс приемов,30 включающий поддержание скорости опресняемого потока в электродиализаторе на деполяризационном уровне, подкисление концентрируемого потока и очистку исходной воды от механических примесей, коллоидных частиц и планктона (1 .

Недостатком извес ного способа опреснения являются сравнительно высокие энергозатраты на транспортиров-40 ку жидкости, обусловленные поддержанием скорости опресняемого потока на деполяризационном уровне. Кроме того, необходимость тщательной очистки исходной воды и подкисления кон- 45 центрируемого потока значительно усложняет конструкцию и эксплуатацию электродиализных установок.

Известен способ опреснения соленых вод, используемый в электродиализных опреснителях, предназначенных для опреснения воды на судах беэ использования подкисления, и заключающийся в рециркуляции порции исходной воды через электродиализатор с анионообменными и катионообменными мембранами в течение времени опреснения до получения необходимой степени опреснения, отвода порции опресненной воды и подачи новой порции исход ной воды (2f.

В соответствии с этим способом скорость рециркуляции поддерживают на деполяризационном уровне в течение всего цикла опреснения, а исходную воду подвергают тщательной очистке от механических примесей и

I планктона-с очисткой фильтров через каждые 1-3 дня.

Недостатком этого способа являются сравнительно высокие энерго-. затраты на циркуляцию жидкости и необходимость тщательной очистки исходной воды.Это обусловлено тем, что предотвращение отклонения осадков в камерах концентрирования электродиализатора достигается за счет подцержания деполяризационных условий работы электродиализатора в течение всего цикла опреснения.

Это вызывает необходимость поддержания скорости рециркуляции на наиболее высоком уровне, определяемом условиями деполяризационной работы электродиализатора в конце цикла опреснения, а также требует тщательной очистки исходной воды, так как загрязнение поверхности анионообменных мембран вызывает их поляризацию в конце цикла опреснения.

Таким образом, отмеченный недостаток известного способа опреснения соленых вод ухудшает его энергетические характеристики и создает серьезные трудности для использования этого способа при создании компактных автоматизированных опреснителей, предназначенных для длительной автоматической работы без обслуживания, так как требует комплектации этих опреснителей автоматически очищающимися фильтрами, что значительно усложняет и ухудшает массогабаритные характеристики подобных опреснителей.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и упрощение процесса за счет снижения требований к очистке исходной воды;

Поставленная цель достигается способом опреснения соленых вод, включающим циркуляцию воды через электродиализатор с анионообменными и катионообменными мембранами в течение времени опреснения, причем скорость циркуляции поддержива1163879 ют ha деполяриэационном уровне 8090Х времени опреснения, которое не более времени переноса гидроксильных ионов через анионообменные мембраны, определяемого по формуле

5 F-X г.1 где ь„ время пребывания гидроксильных ионов в анионообменных мембранах; отношение подвижностей хлор-иона и гидроксильного иона в анионообменной мем бране; толщина анионообменной мембраны; число Фарадея; емкость анионообменной мембраны; средняя плотность тока за время опреснения.

Поддержание скорости циркуляции на деполяризационном уровне . в течение 80-90Х продолжительности процесса опреснения позволяет резко снизить скорость циркуляции и соответствующие энергозатраты, так как скорость циркуляции, обеспечивающая деполяризационный режим работы электродиализатора, резко возрастает к концу процесса опреснения, В то же время ограничение продолжительности процесса опреснения временем пребывания в анионообменных мембранах, переносимых через них гидроксильных ионов, образующихся на катодной стороне анионообменных м.-.мбран при их поляризации в конце процесса опреснения(в .течение 10-20Х его продол.жительности), предотвращает отложение осадков в камерах концентрирования электродиализатора и нарушение технологического процесса, в том числе и при загрязнении мембран, связанном с недостаточной очисткой исходной воды. Это обусловлено тем, что гидроксильные ионы, образующиеся на катодной стороне анионообменных мембран, в течение поляризационного периода работы элек;родиализатора, не успевают в течение этого периода проникнуть на анодную сторону анионообменных мембран, а накапливаются на их катодной стороне. При последующем миграционном переносе порции гидроксильных ионов. их концентрация снижается по мере продвижения к анодной стороне анионообменных мембран вследствие диффузии. В результате плотность потока гидроксильных ионов на анодной сторо-, не анионообменных мембран оказывается значительно ниже плотности потока этих ионов на катодной стороне тех же мембран в период их поляризации, что предотвращает образование

10 осадков.

Проведены ресурсные испытания опытного образца электродиализного опреснителя на реальной морской воде. Электродиализный опреснитель !

5 включал в себя многокамерный электродиализатор с анионообменными мембранами ИА-40 и катионообменными мембранами МК-40, емкости и циркуляционные насосы. Электродиализатор содер20 жал 50 рабочих ячеек (каждая ячейка состояла из двух мембран и двух рабочих рамок прокладочного типа) размером 200 х 450 мм. Расстояние между мембранами 2 мм; основная площадь

25 ячейки 560 см . В качестве сепараторов использовали перфорированный и гофрированный винипласт, а в качест- ве электродов — листы из платинированного титана. Объем циркуляционного

30 контура опресняемой воды составлял

10 л, а скорость циркуляции 600 л/ч, что обеспечивало линейную скорость в камере опреснения электродиализатора 2,3 см/с. Потеря напора в цирЗ5 куляционном контуре не превышала

1 м вод.ст.

В процессе непрерывных трехмесячных испытаний на воде с солесодер. жанием 41 г/л, поступившей в опрес411 нитель после грубой очистки от механических примесей, на электродиализаторе.поддерживали напряжение

32-34 В и.контролировали величину тока электродиализатора, его поля45 ризационные характеристики и производительность опресницеля. Общее солесодержание опресненной воды составляло 700-900 мг/л.

Опреснитель работал следующим об-.

5п разом с. °

Порции исходной воды многократно рециркулировали в циркуляционных контурах опресняемого и концентри55 руемого потоков, образрвакных соответствующими камерами электродиаЛизатора, емкостями, насосами и трубопроводами. После снижения солесодержания опресняемой воды до 7СО1163879

900 мг/л циркуляционные контуры опорожнялись, затем заполнялись новой порцией исходной воды, и цикл опреснения повторялся. В процессе испытаний начальный ток уменьшался с 7,5 до 5,0 А при сохранении величины тока в конце цикла опреснения на уровне 1,0-1,2 А. Соответственно снижалась производительность опреснителя с 7,0 до 5 5 л/ч и средний ток электродиализатора с 5,0 до 3,8 А, а также увеличивалась продолжительндсть процесса опреснения с 57 до 75 мин.

Ориентировочную величину времени пребывания гидроксильных ионов в анионообменных мембранах определяли по формуле

5 Х

Ь -ф.-— ) с — время пребывания гидроксильных ионов в анионообменных мембранах или время опреснения;

М - отношение подвижностей хлор-иона и гидроксильного иона в анионообменной мембгде

Из представленных данных видно, что продолжительность процесса опреснения (57-75 мин) во время испытаний была меньше продолжительности пребывания ги-1роксильных ионов в анионообменных мембранах. Контроль поляризационных характеристик электродиализатора, который проводили по изменению рН опресняемой воды, 1 показал, что заметная концентрационная поляризация в начале испытаний развивалась при концентрации опресняемой воды ниже 3 г/л, а в конце испытаний — ниже 3 5-4 г/л. Величиране;

3 †. толщина анионообменной мембраны, см; число Фарадея;

Х вЂ” емкость анионообменной мембраны, г. экв/см ; средняя за цикл опреснения плотность тока, А/см

Для мембран ИА-40: Ы =. 3, 1 = 4 10 см, Х = 3 10 г экв/см .

Р ас че т времени пре быв анин гидро ксильных ионов в анионообменных мембранах дал значение 66,5 мин для начала испытаний и 95,5 мин в конце испытаний.

55

30 на рН опресненной воды снижалгсь по сравнению с исходной на 1,2-1,8 ед.

Продолжительность деполяризационной работы электродиализатора составила приблизительно 90 от общей продолжительности процесса опреснения в начале испытаний и снизилась приблизительно до 80 к концу испытаний, Основные данные, характеризующие работу опытного образца электродиализного опреснителя во время ресурсных испытаний, сведены в таблицу, в которой для сравнения представлены также данные, характеризуют е прототип.

Ревизия опытного обраэца электродиалпзного опреснителя, проведенная по окончании его трехмесячной непрерывной работы, показала отсутствие в камерах обессоливания и концентрирования электродиализатора осадков труднорастворимых веществ, за иск-" лючением камеры, примыкающей к катоду. В то же время поверхности мембран и сепараторы были загрязнены примесями, поступавшими с исходной водой.

Последующие испытания опытного образца с загрязненными мембранами, в процессе которых продолжитель ность реполяризационной работы снижалась с 80 в начале испытаний приб- лизительно до 70 к моменту прекращения испытаний, дали отрицательные результаты из-за образования осадКоВ в электрадиализаторе, Это делает рискованным расширение временного интервала в сторону его уменьшения.

Расширение временного интервала в сторону увеличения, т.е, увеличение продолжительности деполяризационной работы, требующее увеличения скорости жидкости в ячейках электродиализатора, не может повлиять . отрицательно на работоспособность опреснителя, но ухудшает его энергетические характеристики из-за резкого увеличения расхода энергии на циркуляцию жидкости.

Полученные результаты свидетельствует о том, что поддержание продолжительности процесса опреснения менее времени пребывания гидроксильных.,ионов в анионообменных мембранах обеспечивает длительную работу опреснителя без отложения осадков даже в том случае, когда иэ-за пониженной скорости ре1163879

Технологические параметры

Опытный образец

Прототип

9,8 - 6,8

2,3

132 — 378

57 - 75

66,5 — 95,5

Продолжительность работы в деполяризационном режиме, X от общей продолжительности процесса опреснения

90 — 80

100

0,38

Продолжительность работы без очистки фильтров исходной воды, сут

1 — 3

Составитель 0.3обнин

Техред Л.Микеш

Редактор Н.Швьщкая

Корректор E.Ñèðîõìàí

Подписное

Заказ 4124/4 . Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 циркуляции и недостаточной очистки исходной воды электродиализатор часть цикла опреснения работает в поляризационном режиме.

Использование предлагаемого способа опреснения соленых вод обеспечивает по сравнению с известными, основанными на поддержании деполяризационных условий работы электродиализатора в течение всего цикла опреснения, возможность уменьшения

Средняя плотность тока, мА/см

Линейная скорость в камерах опреснения, см/с

Продолжительность процесса опреснения, мин

Время пребывания гидроксильных ионов в анионообменных мембранах, мин

Величина снижения рН опресненной воды скорости циркуляции, что приводит к резкому сокращению энергозатрат на циркуляцию и улучшению массогабаритных характеристик. Кроме того, снижаются требования к очистке исходной воды, что приводит к упрощению конструкции и эксплуата-. ции опреснителей и позволяет соз>0 дать компактные, длительно работающие беэ обслуживания, автоматизированные опреснители.