Электродиализатор для обессоливания воды Советский патент 1982 года по МПК B01D13/02 

Г54) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР,-.,ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ

ВОДЫ

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано при обессоливании воды в коммунальнр водоснабжении, теплоэнергетике, элек тронике и других отраслях промышленности. Известен электродиализатор для обессоливания воды, включающий корпу 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 анионообменных Мембранах, на ионы солей Б исход ной воде. При истощении обменной емкости проводят электрохимическую регенерацию мембран, пропуская электри ческий ток ij. 1 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 ки лоты и щелочи. Наиболее близок к предлагаемому электродиализатор для обессоливания воды, включающий корпус, электроды и размещенные между ними прокладки и биполярные мембраны 2. Обессоливание исходного раствора происходит при прохождении электрического тока. К недостаткам этого электролизатора относится наличие двух параллельных потоков обессоливаемо1 о И концентрируемого растворов, что приводит к усложнению конструкции аппарата из-за необходимости дополнительного расхода труб и запорной арматуры, повьигению 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 дня обессоливания воды, включающем корпус, электроды и размещенные между ними прокладки и биполярные мембраны, биполярные мембраны размещены, разнополярными сторонами друг к друГУ, причем ближайшая к катоду биполярная мембрана установлена к последнему аниоьюобменной стороной. Упрощение конструкции, С нижение материалоемкости и повЕлшение производительности электродиализатора происходит вследствие того, что при указанном выие расположении м Мбран и электродов все камеры становятся обе соливающими, а процесс обес;соливания происходит за счет сорбции мембранами ионов солей, содержащихся в исход ной воде. Наложение электр1- ческого поля приводит к интенсификации ионно го обмена и увеличению обменной емкости мембран вследствие С1 ерхэквивалентной сорбции ионов мембранами, которую можно объяснить на1-:оплением ионов на границе катионитанионит в биполярной мe 1бpaнe, По сравнению с прототипом для обеспечения одной, и той же производительности электродиализатора по обессоленной воде количество прокладок и мембран снижается вдвое за счет исключения концентрирующих камер На чертеже изображен разрез электродиализатора . Представленный электродиализатор включает корпус 1, анод 2, катод 3, прокладки 4, биполярные мембраны 5, трубопровод б для подачи обессоливае мой воддз, камеры обессоливания 7, образованные прокладками 4 и биполяр ными мембранами 5, электродные камеры 8, образованные электродами 2 и 3 и биполярными мембранами 5, трубопровод 9 ,п71я удаления обессоленной воды, трубопроводы10 и 11 для подачи прогФ 1вного раствора в электродные камеры и трубопроводы 12 и 13 удаления промывного раствора, задвижки- 14 и 15 для переключения потоков. Электродиализный аппарат работает следующим образом. Исходная вода пос тупает в камеры обессоливанкя по тру бопроводу 6. Биполярные мембраны в аппарате расположены таким образом, чтобы анионо- и катионообменные стороны были обращены навстречу друг другу, образуя, при отсутствии электрического тока, ионообменный фильтр с йлоскопараллельными слоями ионитов. При движении воды вдоль мембран происходит обмен ионов солей, содержащихся в воде, на ионы Н и ОН, содержащиеся в предварительно отре1 нерированных катионо- и анионообме ных слоях биполярных мембран. Обессоленная вода удаляется по трубопроводу 9 при открытой задвижке 14 и закрытой 15. При истощении рабочей обменной емкости мембран, которая может быть найдена экспериментально или из паспортных данных, через электродиализатор пропускают постоянный электри™ ческий ток. При этом происходит доп ол н и тел ь н а я с в е р х э к в и ч а л е н т и а я с о р б ция ионов, обусловленная не.личием в фазе биполярных 1ембран границ раздела анионообме ;ного и катионообменгюго слоев. Под действием градиента электрического поля в мембране происходит накопление ионов. Процесс обессоливаиия закашливается, когда качество обессоленной води снижается, В этоГЛ cJTyqae проводдят электрохимичеэскую регенерацию мембран путем переключения полярности электродов. При этом катод находится с катионообменной стороны биполярных мембрстн, Образующиеся на границе анионит-катионит ионы И и ОН вытесняют солеобразующие ионы из мембран в межмембранное npocTpasiCTHO. При регенераци : исходнуь, воду подают по трубопроводу G , а ко;-:центрат удаляют по трубопроводу 9 при открытой задвижке 15, Расход концентрата определяется с учетом предела растворимости солей, содержащ;5хся в исходной воде. Пример. В электродиализный . аппарат, состоящий из 11 камер, образованных биполярными мембранами, обращенными разнополярными сторонами друг к другу, на основе мембран МА-40 и МК-40, подавали на обессоливание раствор хлористого натрия с содержанием соли л и воду московского водопровода с жесткостью 3,9 мг экв/л. Мембраны предварительно регенерировали при плотности тока 35 А/м. При обессоливании раствора хлористого натрия без наложения электрического поля была определена рабочая обменная емкость мембран, равная 2,3 мг-экв/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. Съем соли при обессоливании раствора хлористого натрия был равен 47%, а при обессоливании водопроводной воды 91%, Расход электроэнергии на удаление 1 г-экв соли составил О,4 кВт.ч. Процесс обессоливания заканчивали при повышении содержания соли Б ходящей из злектродиализатора воде. При выключении электрического тока наблюдалось увеличение концентрации солей в воде, находящейся в камерах, т. е, происходил процесс саморегенерации мембран и удаления из них сверх эквивалентного количества ионов. Окон чательную регенерацию осуществляли при изменении полярности электродов при этом катод находился с катионообменной стороны биполярных мембран.