Способ снижения солесодержания водных растворов и мембранный аппарат для его осуществления

(9) ( ) ОБРЕТЕНИЬСТВУ К АВТОРСКО ное объединен ский аси 173,ДЕРЖА- МБРАН- ЕГО 54, р.1СОЛЕОВ И МДЛЯ 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 тоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И(54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРНЫЙ АППАРАТОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: обессоливание воды в электродиализных аппаратах в процессах водоподготовки для промышленных и коммунальных целей. Сущность изобретения: обрабатываемый раствор после анодной 6 камеры электродиализатора 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 соответственно подкисление исходного раствора. Затем поток последовательно протекает через дилюатные. камеры, где идет обессоливание раствора за счет направления диффузии катионов через катионообменную мембрану и анионов через анионообменную мембрану в камеру 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 куменьшению 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 53 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 плит 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 9 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 анодной, 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 й соответственно подкисление исходного раствора. Далее через канал 14 перетока раствор перетекает в дилюатную камеру 7, оттуда через канал перетока 15 поступает в катодную камеру 9, где происходит нейтрализация избытка протонов за счет генерации гидроксильных ионов. Далее иэ катодной камеры Я через патрубок 13 поток обессоленной жидкости подается потребителю. В процессе перетока раствора из анодной камеры 6 в дилюатную камеру 7 под действием потенциала электриче кого тока, катионы диффундируют через катионооб 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 диффу зии избытка протонов из анодной камеры 6в 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 П р и м е р. В двух равномасштабныхэлектродиализаторах (прототип и предлага-.емая конструкция (в равных условиях обессоливали раствор с концентрацией солей 2,68 г/л (йаО 2,2 г/л; СаО 2 0,08 г/л; Са 804 25 0,4 г/л) и 5,4 г/л (йаО 4,4 г/л; СаО 20,16 г/л;Са 304 0,8 г/л), Процесс обессоливания осуществляется до конечного солесодержания на выходе из аппаратов 0,5 г/л, рабочая поверхность ионообменной мембраны 0,16 30 м, количество мембранных пар в пакете 50Работа электродиализатора; выбранного в качестве прототипа, осуществлялась в режиме реверса электрического тока с одно временным переключением, переброскойгидравлических потоков камер обессоливания и концентрирования в течение 15 мин с подкислением до величины рН 0,7 в течение 5 мин потока, подаваемого 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 ирассола, а также замером электрических параметров тока и расходов воды.Результаты анализов приведены в таблице,Выводы: предлагаемый способ снижения солесодержания водных растворовобеспечивает увеличение производительности аппарата при снижении его энергозатрат, Как видно изтаблицы, электродиалиэ в предлагаемом способе происходит при плотностях тока, превышающих в данном случае в 1,5-2 раза плотности 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 обьем аппарата соответствует значению менее или равному 3, обеспечивающему кислую среду, препят ствующую выпадению осадков солей жесткости в камере концентрирования, что. обуславливает получаемый результат.Предлагаемый способ позволит увеличить производительность и снизить энерго затраты за счет последовательной однопоточной прокачки камер анодной, дилюатных и катОдной.Предлагаемый аппарат для реализации описанного выше способа позволит увели чить производительность, снизить энерго- затраты и уменьшить габариты электродиализатора за счет последовательной системы каналов перетока между анодной, дилюатными и катодной камерой, 25 проходящими через рабочую (активную) зону мембрану. Формула изобретения1. Способ снижения солесодержания 30 водных растворов, содержащих соли жесткости, методом электродиализа, путем пропускания обрабатываемого раствора через анодную, дилюатные и катодную камеры с35 получением продукта и вывода концентрата из камер концентрирования, о т л и ч а ю щи й с я 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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, имеющий 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности, снижения энергозатрат и уменьшения габаритов аппарата, на мембранах в зоне рабочей поверхности выполнены переточные каналы, соединяющие последовательно аноднуюкамеру с дилюатными камерами и с катодной камерой.Заказ 2955 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4/5ям при ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагаринэ, 11