СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СОЛЕЙ ИЗ ВОДЫ Советский патент 1928 года по МПК C02F1/46 

Предлагаемое изобретение касается способа полного или частичного удаления солей из воды при помощи электрического тока. Уже раньше применяли электролитическое очищение воды, чтобы освободить сточные воды от органических веществ или чтобы сделать их пригодными для технических целей, например, для питания котлов, а также, чтобы смягчить питьевую воду. В обычных приспособлениях для электролитической очистки сточных вод жидкость подвергается действию тока, при чем было уже предложено прибегнуть к разделению анода от катода диафрагмою. Но при этом способе, во-первых, получается более или менее сильно подкисленная вода, так как почти все ключевые воды содержат растворимые соли сильных кислот; во-вторых, исключается непрерывное производство, так как в катодном пространстве, для обезвреживания выделившихся ионов, его содержимое от времени до времени должно быть возобновляемо. Также выбор подходящего материала для анода представляет затруднения, поскольку применявшиеся до сих пор вещества, как свинцовые сплавы, и т.п., при электролизе растворяются и делают воду непригодной для пользования.

Предлагаемое изобретение имеет целью устранить эти недочеты способов очистки воды и электроосмотическим путем удалить все соли, как сульфаты, нитраты, хлориды, для чего вода подвергается действию электрического тока в тонком слое между диафрагмами определенной разности потенциалов. Одновременным применением анодной и катодной диафрагм получают воду, из которой соли удалены до желаемой степени и которая, кроме того, свободна от живых организмов. Одновременно становится возможной непрерывная работа, достигается меньший расход тока и становится излишним применение химических реагентов. Электроосмотическое обессоливание может быть применено с предварительной химической обработкой или без таковой; вода с особенно большим содержанием щелочно-земельных карбонатов перед электроосмотической обработкой должна быть, по возможности, освобождена от углекислых солей любым из известных способов.

В качестве диафрагм употребляются вещества, которые, при наличных условиях, ведут себя так, как будто бы находящаяся на положительном полюсе диафрагма была заряжена положительно, а помещающаяся на отрицательном полюсе диафрагма заряжена отрицательно. В качестве катодного диафрагменного материала применяются растительные ткани, например, плотная парусина, а для анодной диафрагмы - например, хромовая кожа. В качестве анода оказался выгодным электрод из угля или магнетита.

На схематическом чертеже фиг. 1 и 2 изображают в двух проекциях установку для осуществления предлагаемого способа, фиг. 3 - расположение аппаратов при непрерывном производстве, фиг. 4 и 5 - две проекции установки для очистки воды, содержащей значительное количество углекислых солей, и фиг. 6-7 - то же, для воды, содержащей, помимо углекислой, и другие соли кальция.

В резервуаре S находится подлежащая очистке вода, которая самотеком поступает в промежуточную ванну М аппарата для осмоза, отделяемую от обоих боковых отделений An и Kn соответственно включенной диафрагмой. В боковой ванне An находится анод, в боковой ванне Kn-катод. Образующие отдельные ванны, рамы составлены в виде фильтр-прессов. Вода через водослив Z вытекает из промежуточной ванны и насосом Р вновь нагнетается в резервуар S. Для того, чтобы во время электрической обработки воды выделяющиеся электролиты не слишком концентрировались в боковых ваннах An и Kn, применяется продолжительное промывание обыкновенной водопроводной водой. Поступление для промывания воды, которая поглощает и выводит образующиеся на электродах продукты электролитического распада воды промежуточной ванны, происходит по трубе D, а выход - по трубе F. Степень обессоливания может быть регулируема продолжительностью и примененным напряжением.

При непрерывном производстве, подлежащая обессоливанию вода течет из сосуда S последовательно по промежуточным ваннам расположенных один за другим аппаратов для осмоза и оставляет последнюю промежуточную ванну с желаемой степенью обессоливания. При таком расположении степень удаления электролитов может быть регулируема числом последовательно включенных элементов, быстротою протекания и примененным между электродами напряжением.

Действие предлагаемого способа видно из приведенных ниже анализов вод.

При дальнейшем развитии описанного выше способа было найдено, что и чистые, содержащие углекислые соли, воды могут быть обессолены электроосмозом, когда имеется опасность выделения нерастворимых монокарбонатов в промежуточной ванне трехванного аппарата. Однако, они могут быть электроосмотически обессолены, если первоначально к углекислым соединениям первых порций воды, протекающей через аппарат, прибавить эквивалентное карбонатам количество серной кислоты, чем достигается перевод их в сульфаты.

Эту содержащую сернокислые соли воду подвергают в промежуточной ванне электроосмозу. На аноде выделяется серная кислота, которая превращает карбонаты промывных вод в сульфаты, так что анодная вода может непосредственно течь в промежуточную ванну, где происходит обессоливание и где снова следует переход серной кислоты к аноду. Одно и то же количество серной кислоты, таким образом, постоянно переводит карбонаты в сульфаты.

Приспособленная к осуществлению видоизмененного способа установка состоит из сосуда А, аппарата для электроосмоза М и насоса В (фиг. 4 и 5). В сосуде А прибавляют в воду эквивалентное содержащимся в ней карбонатам количество серной кислоты и затем пропускают ее в промежуточную ванну аппарата для электроосмоза.

Количество промывной анодной воды регулируется так, что оно равно количеству воды, притекающей в единицу времени в промежуточную ванну. Вытекающая анодная вода, совсем не содержащая углекислых солей, а лишь одни сернокислые соли, накачивается насосом В в сосуд А и отсюда непосредственно течет в промежуточную ванну аппарата для осмоза.

Пример. К чистой воде, содержащей в одном гектолитре 30 г CaCO₃, прибавляют 30 г H₂SO₄ (98-процентной). Вода может быть тотчас же проведена в промежуточную ванну, где происходит разложение образовавшегося гипса. SO₄ идет к аноду, где вновь образуется H₂SO₄ и, если количество промывной анодной воды взято равным количеству воды, протекающей через промежуточную ванну, то карбонат промывных вод снова превращается там в сульфат. Анодная вода нагнетается насосом В в сосуд А, откуда она снова попадает в промежуточную ванну.

Как уже было указано, электроосмотическое обессоливание может для экономии тока быть применено после предварительной химической обработки. Таким образом, например, могут быть удалены углекислые соли воды прибавлением высчитанного количества известковой воды. Это прибавление известковой воды к подлежащей обессоливанию, содержащей углекислые соли, воде до сих пор производилось до осмоза вне электроосмотической аппаратуры, в соответственном чане, из которого декарбонизированная вода, после осаждения углекислых солей, для дальнейшего обессоливания направлялась в трехванный аппарат.

Этого декарбонизирования известковой воды можно, однако, избежать для тех вод, которые на ряду с углекислыми солями содержат еще и другие кальциевые соли, как гипс (CaSO₄) или хлористый кальций (CaCl₂) и т.д. Если такую воду подвергнуть действию электрического тока в трехванном аппарате, то в катодном пространстве образуется гидрат окиси кальция.

Так как электродные пространства промываются водою, содержащей карбонаты и гипс, то образовавшийся при этом гидрат кальция действует на бикарбонаты промывных вод и способствует их выделению. Регулируя количество промывных вод, можно довести декарбонизацию до того же конечного значения - около 4 г СаСО₃ в гектолитре - как при прибавлении известковой воды.

Декарбонизированной в катодном пространстве воде дают в собирателе отстояться от хлопьев углекислых солей и пропускают ее затем для полного удаления солей через промежуточную ванну трехванного аппарата, где, вследствие содержания в воде остатков кальция, в катодном пространстве возобновляется тот же процесс.

Установка для проведения этого способа, схематически изображенная на фиг. 6 и 7, состоит из аппарата для электроосмоза, малого насоса С и двух расположенных друг над другом чанов для осаждения - А и В, которые могут быть между собою соединены. Действие аппаратуры видно из следующего примера. Если вода, например, содержит 14 г CaCO₃ в гектолитре, то процесс протекает следующим образом. Определенное: количество воды в осадочном чане А декарбонизируется известковою водою до тех пор, пока остаются еще растворенными 7 г CaCO₃ в гектолитре. После отстаивания, вода из чана А течет в чан В и оттуда в промежуточную ванну М аппарата для электроосмоза. Под действием тока происходит разложение оставшегося углекислого кальция, и в катодном пространстве образуется Са (ОН)₂.

Если взять такое количество промывной воды катодного пространства, что оно будет равняться; количеству воды промежуточной ванны, протекающему в единицу времени через аппарат, то гидрата кальция будет достаточно, чтобы понизить содержание CaCO₃ катодных промывных вод с 15 г в гектолитре до 7 г. Катодная вода насосом С накачивается для осаждения в чан А и затем в чан В после его опорожнения. Этот круговорот повторяется.

Если, например, вода содержит, помимо 14 г CaCO₃, еще гипс, примерно 6 г CaSO₄ в гектолитре, то процесс протекает совершенно аналогично, только появляющийся на катоде кальций гипса еще больше декарбонизирует промывные воды. При данных количествах воды промежуточной ванны и катодной воды, константа устанавливается лишь постепенно (часто лишь после ряда дней).

1. Способ удаления солей из воды электроосмотическим путем, характеризующийся тем, что подвергаемую очистке воду пропускают тонким слоем между двумя диафрагмами с определенной разностью потенциалов, при чем анодная и катодная камеры разделенного на три отделения электролизера промываются проточной водой с целью удаления выделяющихся в них электролитов (фиг. 1, 2 и 3).

2. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 способа, в случае применения к очистке воды, содержащей значительное количество углекислых солей, отличающееся тем, что к первоначальной порции очищаемой воды прибавляют эквивалентное карбонатам количество серной кислоты, а дальнейшее поступление очищаемой воды в среднюю камеру электролизера производят, предварительно пропуская ее через анодное пространство с целью образования в нем сульфатов (фиг. 4 и 5).

3. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 способа, в случае применения к очистке воды, содержащей, на ряду с углекислыми, также и другие соли кальция, отличающееся тем, что подвергаемую очистке воду, с целью декарбонизации, первоначально пропускают через катодное пространство электролизера, а затем, после осаждения карбоната, в среднюю камеру электролизера (фиг. 6 и 7).