Электродиализатор для обессоливания воды
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Опубликовано 07.11.8?. Бюллетень ¹ 41 Дата опубликования описания 071182 «с1 М К з В 01 П 13/02 Госуааретвенный комитет СССР но делам изобретений и открытий «53) УДК 663.63. .097(088.8) (72) Авторы изобретения В.Н. Смагин, В.А. Чухин, И.Н. Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В.В. Куйбышева (7! ) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР; ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано при обессоливании воды в коммунальном водоснабжении, теплоэнергетике, электронике и других отраслях промышленности. Известен электродиализатор для обессоливания воды, включающий корпус, анод, катод, чередующиеся анионо- и катионообменные мембраны и прокладки, образующие камеры. Обессоливание исходного раствора происходит в результате обмена ионов Н и ОН, содержащихся в катионо- и анионообмен ных мембранах, на ионы солей B исходной воде. При истощении обменной емкости проводят электрохимическую регенерацию мембран, пропуская электрический ток (1). ф недостаткам этого электродиализатора относятся невысокая рабочая обменная емкость мембран, ограничивающая производительность аппарата, невозможность ионного обмена при наложении электрического поля и перевода мембран в Н и ОН Форму без разборки аппарата и использования кислоты и щелочи. Наиболее близок к предлагаемому электродиализатор для обессоливания воды, включающий корпус, электроды и размещенные между ними прокладки и биполярные мембраны 52 ). 5 Обессоливание исходного раствора происходит при прохождении электрического тока. К недостаткам этого электролизатора относится наличие двух параллельных потоков обессоливаемого и концентрируемого растворов, что приводит к усложнению конструкции аппарата из-за необходимости дополнительного расхода труб и запорной арматуры, повышению материалаемкости из-за дополнительного расхода прокладок и мембран на образование концентрирующих камер и снижению его производительности на единицу поверхности мембран изза наличия концентрирующих камер. Цель изобретения — упрощение конструкции, снижение материалоемкости и повышение производительности электродиализатора. Поставленная цель достигается тем, что в электродиализаторе для обессоливания воды, включающем корпус, электроды и размещенные между ними прокладки и биполярные мембраны, биполярные мембраны размещены, З0 разнополярными сторонами друг к дру971403 гу, причем ближа>7шая к катоду биполярная мембрана установлена к последнему анионообменной стороной, Упрощение конструкции, снижение материалоемкости и повышение произ— водительности электродиали=-:атора про- 5 исходит вследствие того, что при указанном выше рас!7оложении мембран и электродов все камеры становятся обес. соливающими, а процесс обе«>соливания происходит за счет сорбции мембрана- IG ми ионов солей, содержащихся в исход-, ной воде. Наложение электрического поля приводит к интенсификации ионнога обмена и увеличению обменной емкости мембран вследствие сверхэквива-)< лентной сорбции ионов мембранами. катару!о можно объясни-.ü накоплением ионов на границе катионитанионит в биполярной мембране. ПО сравне:-1ию с прототипом для обеспечения одной. и >О той же производительности электродиализатора по обессоленной воде количество прокладок и мембран снижается вдвое за счет исключения концентрирующих камер. 25 На чертеже изображен разрез электродиализатора. Представленный электродиализатар включает корпус 1, анод 2„ катод 3, прокладки 4, биполярные мембраны 5, трубопровод б для подачи обессоливаемой воды, камеры обессаливания 7„ образованные прокладками 4 11 биполярными мембранами 5, электрогные камеры 8, образованные электроцами 2 и 3 3:> и биполярными мембранами 5, трубопровод 9 для удаления абессоленной воды, трубопроводы 10 и 11 для подачи промь1вного раствора в электродные камеры и трубопроводы 12 и 13 удале- 49 ния промывного раствора„ задвижки 14 и 15 для переключения потоков. Электродиализный аппарат работает следующим образом, Исходная вода поступает в камеры обессаливания по тру- 4„бопроводу 6. Биполярные мембраны в аппарате расположены таким образом, чтобы аниано- и катионоабменные сто-роны были обращены навстречу друг другу, образуя, при Отсутствии электрического тока, ионообменный фильтр с 1лоскопараллельными слоями ионитов. При движении водь1 вдаль мембран происходит обмен ионов coëåé, содержащихся в воде, на ионы Н и ОН содержащиеся в предварительно атрефнерированных катиона- и анионообменных слоях биполярных мембран. Обессаленная вода удаляется !7о трубопроводу 9 при открытой задвижке 14 и закрытой 15. 60 При истощении рабочей обменной емкости мембран, которая может быть найдена экспериментально или из паспортных данных, через злектродиализатор пропускают постоянный электри- 65 чРс к>7й ток . При это :1 Гааи сходит дополнительная сверхэкни-.;а;! .Н-.ная со«>6IIия ионов, обусловленна> 1 1.>:и !ие;-! B фазе биполярных мембр!1! границ раз— дела BíHÎI!oo6ìcннОГО и катиОнаОбменнаго слоев. Под дей«-твием градиента электрического поля в мембране про-!!сходит накОплРние-. иОнов. Процесс обессоливания закан !Ивается, когда «а.-ество обессоленной воды снижается. В этом случае прово— дят э!!е! TpОхHмическую pегснеpа1!ию мембран путем переключения !!О!!ярности электродов. При этом катод находится с катионообменной стороны биполярных мембран. Образующиеся «!à границе анионит-катиопит ионы ll+,1 ОН вы те с н яю т с Ол е О 61> а >1 у> «11и е и О нь! и з HE= м бран B межмембранное про«тран с Ho. При pci-енераци,. Hсходн,"::-, воду :-Одают го трубопроводу б, а ко>!центрат удаляют по трубопроводу 9 при открытой задвижкс 15. Расход концентрата определяется с учетом предела растворимости солей, содержащихся в исходной ваге. П р H м е р, В электродиализный аппарат, cocòoÿ«!IHé из 11 камер, образованных биполярными мембранами, обращенными разнополярными сторонами друг к другу, на основе мембран ! 4Л-40 и МК-40, подавали на обессоливание раствор хлористого натрия с содер>канием соли 150 мг/л и воду московского водопровода с жесткостью 3,. 9 «r зкн/л, >!ембоан1! пред„,арительно регенерировали !три плотности тока 35 17/м При обе ссоливании раствора хлористого HBòpHÿ без наложения электрического поля была огределена раба 7ая обменная емкость мембран, равная 2, 3 мг-зкв/г сухой мембраны. Дальнейшее обессоливание проводилось при прохождении электрического тока. Полная обменная емкость при этом составила 7,.2 мг-экв/г сухой мембраны, что подтверждает наличие сверхэквивалентной сорбции ионов мембранами. Оьем соли при абессаливании раствора хлористого натрия был равен 47%, а при Обессоливан 1и водо« роводной ва ды — 91Ъ. 1 асхоц электроэнергии на удаление 1 г-экв соли составил 0,4 кВт.ч. Процесс обессоливания закан-IHvaли при повьыении содержания соли в выходящей из электрадиализатора воде. При выключении электрического тока наблюдалось увеличение концентрации солей в воде„ находящейся в камерах, т. е. происходил процесс саморегенерации мембран и удаления из них сверхэквивалентнаго количества ионов. Окончательную регенерацию осуществляли при изменении полярности электродов; при этом катод находился - кагионообменной стороны биполярных мембран, 971403 Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 8786/14 Тираж 734 Подписное Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 В описании было показано, что конструкция предлагаемого электродиализатора по сравнению с прототипом отличается значительной простотой. Так, например, для создания предлагаемого аппарата необходимы прокладки одного типа, так как все камеры работают одновременно или как обессоливающие, или как концентрирующие. Таким образом, в аппарате не может быть перетоков, приводящих к снижению эффективности работы электродиализаторов с параллельным распределением обессоливаемого и концентрируемого потоков. Следовательно, снижаются требования к герметичности аппарата, что приведет к сниженыо металлоемкости. При равной производительности электродиализатор по предлагаемому изобретению будет иметь вдвое меньше мембран и прокладок, чем прототип, а при равном количестве мембран вдвое большую производительность по обессоленной воде. Особенно эффектив1 но применять электродиализаторы при неравномерном режиме потребления обессоленной воды. В этом случае электродиализаторы по предлагаемому изобретению могут быть переключены на регенерацию при снижении водопотребления. Зле ктродиализ атор для обессоливания воды, включающий корпус, электроды и размещенные между ними прокладки и биполярные мембраны, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, снижения материалоемкости и повышения производительности электродиализатора, биполярные мембраны размещены разнопо15 лярными сторонами одна к другой, причем ближайшая к катоду биполярная мембрана установлена к последнему анионообменной стороной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Тезиков И.И., Сапдадэе К.M. Некоторые особенности работы электроионитового аппарата с близкорасположенными мембранами при глубоком обессоливании воды.-В сб. "Ионные мембраны в электродиализе", Химия. Л., 1970, с. 242-245. 2. Патент СШЛ Р 3654125, кл. B 01 D 13/02, 04.04.72. 
