Способ обессоливания природных вод Советский патент 1988 года по МПК B01D13/02 

4

СО

Изобретение относится к способам обес- соливания воды и позволяет повысить надежность способа за счет более полного предотвращения осадкообразования. Способ обессоливания природных вод ведут электродиализом с подачей анолита в катодную камеру электродиализатора. Электродиализ ведут при циркуляции анолита через катодную и анодную камеры и соотношении катодной и анодной плотностей тока (7,5-15):1. 1 табл.

ел

С71

Изобретение относится к электрохимическим производствам и может быть применено при электродиализном обессолива- йии и концентрировании природных вод и технологических растворов.

Цель изобретения - повышение надежности способа за счет более полного предотвращения осадкообразования. I Пример. Природная вода с исходной- ми- Црализацией 10 г/л и содержанием ионов | альция - 0,710 г/л, ионов магния - |D,053 г/л подвергалась обессоливанию в мно- Ьокамерном электродиализаторе с мембра- |нами МК-4-0, МА-40. Католит и анолит |изолировались от основных потоков и меж- |ду электродными камерами обеспечивалась непрерывная циркуляция раствора. Напря- 1жение на электродиализаторе составляло {35 В, ток 1 А, площадь анода 0,7 дм, Iисходная площадь катода 0,7 дм2. В процес- се проведения экспериментов площадь като- |да уменьшали и обеспечивали соотнощение I катодной и анодной плотности тока 1:1; 2,5:1 |5:1; 7,5:1; 10:1; 12,5:1; 15:1; 17,5:1 и более. Появление осадка контролировалось по повышению электрического сопротивления аппарата и понижению величины тока при неизменном подаваемом напряжении.

Наиболее характерные результаты экспериментов представлены в таблице.

Как показали результаты экспериментов при соотношении плотностей катодного и анодного тока 7,5:1 и более обеспечиваются неизменное электрическое сопротивление аппарата и устойчивое протекание процесса обессоливания без осадкообразования. При увеличении соотношения плотностей тока более 15:1 независимо от продолжительности процесса начинает проявляться повышение электрического сопротивления аппарата из- за значительного уменьшения площади катода.

Таким образом, эффективность предлагаемого способа обессолицания природных вод, содержащих ион жесткости, обеспечивается при циркуляции раствора между электродными камерами и соотношении плотностей катодного и анодного тока (7,5-15) :1).

При электродиализе природных вод, содержащих ионы жесткости (когда приходится иметь дело с нейтральными и кислыми растворами), на аноде происходит разряд ионов хлора и молекул воды

2а -2е , (1) 2Нг О-4е- Ог.+4Н(2)

На катоде основным процессом является выделение газообразного водорода и образование щелочи

2Н Оч-2е--НгЧ-20Н- (3) При смешении продуктов анодной и катодной реакции хлор взаимодействует с щелочью с образованием гипохлорита натрия

cta+H o- нсюч-нсг (4)

HCl + HClO + 2OH 2H O-i+ СГ+СЮ-(5)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и ионы водорода с гидроксильными ионами с образованием воды

Н + ,O(6)

Процессы, протекающие на аноде и катоде, обеспечивают баланс между количеством образующихся гидроксильных ионов и проду1 :- тами для их нейтрализации. Таким образом для предотвращения осадкообразования необходимо лишь обеспечить циркуляцию раствора между электродными камерами.

Но в реальных условиях из-за участия слабодисоциированной хлорноватистой кислоты в процессах взаимодействия хлора с- гидроксильными ионами (реакции 4 и 5) эти процессы протекают недостаточно эффективно. В растворе появляются области, обогащенные гидроксильными ионами и наблюдается выпадение осадка. Образующийся осадок постепенно покрывает поверхность катода и приводит к существенному возрастанию электрического сопротивления аппарата.

Одновременно с рассматренньши пррцес- сами, обеспечивающими балансное получение взаимодействующих продуктов, в растворе протекают процессы химического образования хлоратов

гНСЮ + +2СГ 2Н (7)

НСЮ + 2СЮ --С Оз+2СГ+Н (8) Эти процессы обеспечивают дополнительное подкисление раствора и предотвращение осадкообразования. Но процессы химического образования хлоратов могут нарушаться восстановлением гипохлорит-ионов на катоде

СЮ-+Н2О+2е-СГ+2ОН (9)

При больших концентрациях хлористого натрия в растворе (85-110 г/л), когда обеспечивается образование значительного избытка гипохлорит-ионов, этот процесс не столь заметно отражается на предотвращении осадкообразования, что позволяет в отдельных случаях предотвращать осадкообразование только за счет эффективной циркуляции раствора между электродными камерами.

Изменение соотношения плотностей тока на катоде и аноде осуществлялось за счет уменьшения рабочей поверхности катода. При этом плотность тока, проходящего через мембраны (и на аноде), оставалась неизменной и соответствовала выбранной оптимальной плотности тока процесса обессоливания, т.е. характеристики процесса обессоливания не изменялись.

Образующийся в катодной камере осадок весьма трудно растворим. Его не удается полностью удалить (так чтобы восстановить электрическое сопротивление аппарата) и длительной промывкой специально приготовленным 10-15°/о-ным раствором кислоты. Поэтому предлагаемый способ основан на предотвращении образования осадка. Периодическая задержка циркуляции (даже кратковременная) приводит к необратимому

процессу образования осадка, который накапливается при повторении задержек и приводит.к остановке процесса.

При использовании в электродных камерах любого другого раствора, отличного по г составу от исходного, со временем в нем будет происходить накопление ионов солей, присутствующих в исходной воде, и в таком растворе начнут протекать те же процессы.

промышленными мембранами далека от стопроцентной.

Формула изобретения

Способ обессоливания природных вод, содержащих ионы жесткости, электродиализом с подачей анолита в катодную камеру электродиализатора, отличающийся тем, что и в данном примере использования ис- . что, с целью повышения надежности спосо- ходной воды в электродных камерах. Приме- ба за счет более полного предотвращения нение ионообменных мембран для предотвращения накопления ионов солей из исходной воды неэффективно, так как задержка ионов противоположного знака (котионов)

осадкообразования, электродиализ ведут при циркуляции анолита через катодную и анодную камеры и соотношении катодной и анодной плотностей тока (7,5-15):1.

15

30

45

60

1:1

3:1

7,5:1

15:1

Иэмененне силы тока

1,IS 1,16 1,17 1,18 1,18 1,18 1,16. 1,141,101,091,051,000,960,950,920,900,86

1,051,10-1,12 1,13 1,13 1,13 1,14 1,151,151,141,131,121,101,101,101,091,08

0,96 0,96 0,97 0,9J 0,98 0,98 0,98 0,980,ЧР0,980,980,980,98 6,980,980,980,98

0,93 0,95 0,98 1,00 1,02 1,02 1,02 1,021,021,021,021,021,02 1,021,021,021,02

промышленными мембранами далека от стопроцентной.

Формула изобретения

Способ обессоливания природных вод, содержащих ионы жесткости, электродиализом с подачей анолита в катодную камеру электродиализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности спосо- ба за счет более полного предотвращения

осадкообразования, электродиализ ведут при циркуляции анолита через катодную и анодную камеры и соотношении катодной и анодной плотностей тока (7,5-15):1.

90

105

120

135

150

165

180

195

210

225

240