Аппарат для электрохимического умягчения воды Советский патент 1983 года по МПК C02F1/469 

X

СО

АППАРАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ, включакяций корпус со штуцерг1ми входа и выхода воды, размещенные в корпусе электроды и насадку из ионообменного материала ,отличающийся тем, что с целью повышения производительности и снижения стоимости аппарата, он снабжен биполярными ионообменными мембранами, расположёнными между Элек тродами и обращенными катионообменной стороной к катоду.

S е Изобретение относится к электрохимической технологии, в частности к электрохимическим устройствам,пред назначенньМ для безреагентного умяг чения природных и сточных вод, и может быть использовано самостоятельно или в качестве одного из зве ньев в системах водоподготовки. Известен аппарат для умягчения карбонатной жесткости воды, предста ляющий собой электролизер с нераств римыми электродами, периодически за полняемый жесткой водой. Умягчение воды осуществляется в результате осаждения на поверхности катода кар боната кальция и гидроокиси магния при электролизере 1, Недостатком этого аппарата является его малая производительность при больших энергозатратах. Известен аппарат для электрохими ческого умягчения воды, включающий ,корпус со штуцерами входа и выхода воды, размещенные в корпусе электро ды и насадку из ионообменного материала. .Аппарат позволяет вести процесс электрохимического умягчения при непрерывном пропускании через него умягчаемой воды и существенно повысить скорость процесса, так как образование осадка солей жесткости происходит как на поверхности катода, так и на поверхности ионообменных материалов . Ионообменный материал , используемый в качестве насадки, слут жит для разделения продуктов электродных реакций и удерживания в апп рате выпадающих в осадок солей жест кости С23. Недостатками данной конструкции являются большой расход дорогостоящих и дефицитных анодньх материалов (Как правило металлов платиновой груп пы, и недостаточно высокая производительность аппарата, так как доля рабочего объема аппарата, прилегающая к аноду, непосредственно не уча ствует в процессе осадкообразования солей жесткости. Цель изобретения - повышение про изводительности и снижение стоимости аппарата. Указанная цель достигается тем, что в аппарат для электрохимического умягчения воды, включающий корпус со штуцерами входа и выхода воды, разме щенные в корпусе электроды и насадку из ионообменного материала, снабжен биполярными ионообменнььми мембранами, расположенными между электродами и обращенными катионОобменной стороной к катоду. На чертеже изображен аппарат для элэктрохимического умдгчения воды, сечение плоскостью, нормальной к поверхности биполярных мембран. Аппарат состоит из корпуса 1, нерастворимых катода 2 и анода 3, вход ного 4 и выходного 5 цтуцеров, биполярных мембран 6 и насадки 7 из ионообменного материала. Исходную жесткую воду подают во входной штуиер 4, а лишенную солей жесткости, т.е. умягченную, выводят из выходного штуцера 5. При прохождении воды через аппарат и пропускании электрического тока на катоде 2 происходит,разложение воды с выделением щелочи и газообразного водорода, на аноде 3 - электролиз воды с выделением кислоты и газообразного кислорода. Биполярные мембраны б, ориентированные катионообменной стороной к катоду и соответственно ионообменной стороной к аноду, генерируют из воды ионы водорода и гидроксила, так что у анионообменной стороны биполярной мембраны происходит подщелачивание Еэаствора, а у катионообменной стороны биполярной мембраны - подкисление раствора. В результате подщелачивания раствора в прикатодном пространстве аппарата, а также в слоях раствора, прилегающих к анионообменной стороне биполярных мембран, происходит смещение кислотно-основного и углекислотного равновесия и выпадает твердая фаза соле.й жесткости ( главным образом карбонатов и гидроокисей кальция и магния). В прианодном пространстве, а также в слоях раствора, прилегающих к катионообме.нной стороне ЬипоЛярных мембран в результате подкисления происходит декарбонизация раствора. Насадка 7 из ионообменного ма териала служит для пространственного разделения кислоты и щелочи и удержания твердой фазы солей жесткости. Пример. Испытания проводят на четырехкамерном аппарате, состоя,щем из винипластового корпуса, катода из нержавеющей стали, титанового анода, покрытого окисью рутения(OPTAj Площадь каждого электрода 4-10 м. Мехсду электродами на расстоянии 0,02 м друг от друга помещают биполярные ионообменные мембраны МБ-3, образующие камеры, которые заполняют катионообменной смолой КУ-2. Процесс проводят при скорости протока воды 0,03 м/ч, плотности тока 0,5 А/дм, напряжении 100 В. Исходное содержание ионов железа в умягчаемой воде 4,5 мг экв/л, конечное 0,5-0,4 мг экв/л. В разбавленных растворах, какими являются поверхностные и подземные природные воды и некоторые промышленные стоки, содержащие соли жесткости, выход по току на современных биполярных мембранах в расчете на щелочь и кислоту близок к единице, а падение напряжения при рабочей плотности тока 1-2 А/дм2 не превышает 1,5 В, т.е. в этих условиях биполярная мембрана генерирует шелочь, необходимую для умягчения воды практически с такой же эффективностью как и металлический катод, Однако в отличие от катодного процесса процесс разложения воды на кислоту и щелочь биполярной мембраной

Прототип (без биполярных мембран )

Предлагаемый (с биполярными мембранами )

Использование предлагаемой конструкции позволяет и 4 раза повысить производительность аппарата и значительно снизить расход анодных материалов, так как размещение между катодом и анодом серии бипоне сопровождается образованием побочных газообразных продуктов водорода и кислорода.

S таблице приведены результаты испытаний предлагаемого аппарата дляэлектрохимического умягчения воды в сравнении с прототипом.

0,08

0,20

0,03

0,82

лярных мембран увеличивает количество щелочи, электрохимически генерируемой в аппарате в единицу времени, а следовательно, 3Qскорость осаждения солей жесткости.