Способ снижения солесодержания водных растворов и мембранный аппарат для его осуществления

 

Использование: обессоливание воды в электродиализных аппаратах в процессах водоподготовки для промышленных и коммунальных целей. Сущность изобретения: обрабатываемый раствор после анодной 6 камеры злектродиализатора направляют по переточным каналам последовательно в дилюатные 7 и катодную 9 камеры, откуда потребителю . Рассол накапливается в камере 8 концентрирования, в которой поддерживают значение показателя рН 3. 2 с. и 1 з.п.ф-лы. 1 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 01 0 61/44, 61/46

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4739305/26 (22) 29.09.89 (46) 30,08.92.6en.M 32 (71) Научно-производственное объединение

"НИИХИММАШ" (72) И.Н.Медведев, В,П.Василевский, С,И.Гдалин и Н.М.Самсонов (56) Desafination, 1985, М 54, р 163-.173, (54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ СОЛЕСОДЕРЖАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И МЕМБРАН,НЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к обессоливанию воды в электродиализных аппаратах И может быть использовано в водоподготовке для химической, радиоэлектронной, медицинской и коммунальной отраслей водопотребления.

Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергозатрат за счет уменьшения осадка-образования на мембранах.

На чертеже изображена принципиальная схема электродиализатора, Способ осуществляется в электродиализном аппарате, имеющем анод, катод, анионо- и катионообменные мембраны, образующие камеры анодную, катодную, дилюатные, концентрирования, работающую в электроосмотическом режиме. Исходный раствор одним потоком поступает в анодную камеру алектродиализатора, где под действием постоянного электрического то-

„„ЯЦ „„1757725 А1 (57) Использование: обессоливание воды в электродиализных аппаратах в процессах водоподготовки для промышленных и коммунальных целей. Сущность изобретения: обрабатываемый раствор после анодной 6 камеры злектродиализатора направляют по переточным каналам последовательно в дилюатные 7 и катодную 9 камеры, откуда потребителю. Рассол накапливается в камере

8 концентрирования, в которой поддерживают значение показателя рН (3. 2 с. и 1 з.п.ф-лы. 1 ил. 1 табл. ка, за счет аноднаго окисления на электроде происходит синтез протонов и соответст- в венно подкисление исходного раствора. с

Затем поток последовательно протекает че- (Л рез дилюатные. камеры, где идет обессоливание раствора за счет направления диффузии катионов через катионообменную мембрану и анионов через анионообменную мембрану в камеру О концентрирования, в результате чего происходит разделение водной системы на рассол и обессоленную воду, Полученный в результате электродиализа и электроосмоса рассол выводится из камеры концентрирования аппарата. В камере концентрирования как следствие однопоточного электроосмотического режима прокачки происходит .нарушение условия электронейтральности рассола в кислую сторону за счет избытка протонов, синтезированных в анодной камере, что ведет к

1757725 уменьшению осадкообразования на мембранах, Из последней дилюатной камеры поток последовательно поступает в катодную камеру, где осуществляется нейтрализация эквивалентным количеством гидроксильных ионов избытка протонов, синтезированных на катоде, и одним потоком происходит вывод готового продукта из катодной камеры.

Для полного исключения осадкообразования на мембранах в камере концентрирования необходимо поддерживать кислотность с показателем рН <3, соответствующую полной диссоциации труднорастворимых солей жесткости.

В указанном способе поддержание кислой среды с показателем рН 3 в камерах концентрирования достигается управлением процессом синтеза кислоты в анодной камере путем регулирования плотности тока. При этом в анодной камере обеспечивается устойчивая реакция синтеза кислоты. В дилюатных камерах совместно с диффузией через катионообменные мембраны катионов солей осуществляется диффузия протонов, гарантирующая поддержание кислой среды в камере концентрирования с показателем рН 3.

Для реализации указанного способа предлагается электродиализатор, состоящий иэ прижимных глит 1, анода 2 и катода

3, между которыми расположены катионо-и анионообменные мембраны 4 и 5, образующие соответственно камеры: анодную 6, дилюатные 7, концентрирования 8 и катодную

Q с рамками 10. патрубком 11 подвода исходного раствора в анодную камеру 6, патрубком 12 вывода концентрата из камеры концентрирования 8 и патрубком 13 вывода готового продукта иэ катодной камеры 9.

Между знодной, дилюатными и катодной камерой в рабочей зоне мембран располагаются горизонтальные каналы 14. 15 перетока.

Устройство работает следующим образом. Исходный раствор через патрубок 11 поступает в анодную камеру 6, где за счет анодного окисления происходит генерация протонов и соответственно подкисление исходного раствора. Далее через канал 14 перетока раствор перетекает в дилюатную камеру 7, оттуда через канзл перетока 15 поступает в катодную камеру 9, где происходит нейтрализация избытка протонов за счет генерации гидроксильных ионов. Да- лее иэ катодной камеры 9 через патрубок 13 поток обессоленной жидкости подается потребителю.

В процессе перетока раствора из анодной камеры 6 в дилюатную камеру 7 под действием потенциала электрического тока, катионы диффундируют через катионооб5 менную мембрану 4 в камеру концентрирования 8 соответственно из дилюатной камеры 7, а анионы через анионообменную мембрану 6 также диффундируют в камеру концентрирования 8. В результате диффу10 зии избытка протонов из анодной камеры 6 в камеру 8 концентрирования образуется кислая среда с рН 3, что препятствует об. разованию осадков в камере концентрирования при поддержании соответствующей

15 плотности тока на электродах.

Далее из камер концентрирования рассол через патрубок 12 вывода рассола утилизируется из камеры за счет избыточного объемного давления.

20 Пример. В двух равномасштабных электродиализаторах (прототип и предлага-. емая конструкция (в равных условиях о6ессоливали раствор с концентрацией солей

2,68 г/л (NaCI 2,2г/л; CaCIz 0,08 г/л; Са$04

25 0,4 гlл) и 5,4 г/л (NaCI 4,4г/л; СаО 0,16 г/л;

Ca $04 0,8г/л). Процесс обессоливания осуществляется до конечного солесодержания нз выходе из аппаратов 0,5 г/л, рабочая поверхность ионообменной мембраны 0,16

30 м, количество мембранных пар в пакете 50 шт.

Работа электродиализатора; выбранного в качестве прототипа, осуществлялась в режиме реверса электрического тока с одно35 временным переключением, переброской гидравлических потоков камер обессоливания и концентрирования в течение 15 мин с подкислением до величины рН 0,7 в течение

5 мин потока, подзваемого в камеры обессоливания, с последующим сбросом всей промывной воды в сток. Время работы основного цикла обессоливания равнялось. времени режима реверса 15 мин.

Работа аппарата предлагаемой конструкции осуществлялась в непрерывном режиме обессоливания, т.е. без остановки на реверс и подкисления потоков кислотой.

Контроль работы аппаратов осуществлялся химическим анализом диализата и рассола, а также замером электрических параметров тока и расходов воды.

Результаты анализов приведены в таблице, Выводы: предлагаемый способ снижения солесодержания водных растворов обеспечивает увеличение производительности аппарата при снижении его энергозатрат. Как видно из таблицы, электродиалиэ в предлагаемом способе происходит при плотностях тока, превыша1757725 ющих в данном случае в 1,5-2 раза плотно сти тока, обычно используемые в традиционном способе-прототипе. При этом в камере концентрирования электродиализатора рН рассола за счет усиления генерации 5 протонов в анодной камере с последующим их однопоточным, последовательным гидравлическим транспортом в объем аппарата соответствует значению менее или равному

3, обеспечивающему кислую среду, препят- 10 ствующую выпадению осадков солей жесткости в камере концентрирования, что обуславливает получаемый результат.

Предлагаемый способ позволит увеличить производительность и снизить энерго- 15 затраты за счет последовательной однопоточной прокачки камер анодной, дилюатных и катодной.

Предлагаемый аппарат для реализации описанного выше способа позволит увели- 20 чить производительность, снизить энергозатраты и уменьшить габариты электродиализатора за счет последовательной системы каналов перетока между анодной, дилюатными и катодной камерой, 25 проходящими через рабочую (активную) зону мембрану.

Формула изобретения

1. Способ снижения солесодержания 30 водных растворов. содержащих соли жесткости, методом электродиализа, путем пропускания обрабатываемого раствора через анодную, дилюатные и катодную камеры с

35 получением продукта и вывода концентрата из камер концентрирования, отличающийся тем, что, с целье повышения производительности и снижения энергозатрат за счет уменьшения осадкообразсвания на мембранах, обрабатываемый раствор после анодной камеры направляют последовательно в дилюатные и катодную камеры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения стоимости продукта за счет исключения осадкообразования на мембранах, процесс ведут при плотностях тока, обеспечивающих поддержание в камере концентрирования показателя рН <:3.

3. Мембранный аппарат для осуществления способа снижения солесодержания водных растворов, содержащих соли жесткости, имею ций две плиты, между которыми расположен набор чередующихся анионо- и катиойообменных мембран и рамок, образующих камеры анодную, дилюатные, катодную и концейтрирования. патрубки ввода раствора в анодную камеру, вывода из катодной камеры и вывода концентрата из камер концентрирования, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности, снижения энергозатрат и уменьшения габаритов аппарата, на мембранах в зоне рабочей поверхности выполнены переточные каналы. соединяющие последовательно анодную камеру с дилюатными камерами и с катодной камерой.

Составитель А.Свитцов

Редактор Л.Народная Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Заказ 2955 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин<э, 1(!1