Способ обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе фильтр-прессного типа

(51)7 02 1/46, 01 61/44 НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(73) Товарищество с ограниченной ответственностью фирма Эйкос(56) Смагин В.Н. Обработка воды методом электродиализа. М. Стройиздат, 1986, с. 118 СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ(57) Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано для обеспечения жизненных потребностей человека, преимущественно для получения питьевой воды. Способ обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе фильтр-прессного типа, содержащем электроды, между которыми размещен пакет ионообменных мембран и прокладок с отверстиями,образующими при сборке тракты, по которым подается исходный раствор и выводится рассол и опресняемая вода, включает подачу воды в каналы, образованные лабиринтом в прокладках, отделение растворенных солей на катионообменных и анионообменных мембранах с использованием постоянного электрического тока, раздельный вывод рассола и обессоленной воды, причем поток очищаемой воды в одной части пакета движется по каналам от тракта ввода раствора до тракта вывода обессоленной воды, а в другой части пакета тракты меняются местами и осуществляется реверс движения потока. 4229 Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано для обеспечения жизненных потребностей человека, преимущественно для получения питьевой воды. Известен способ электродиализа, осуществляемый в известном аппарате фильтр-прессного типа, в котором обрабатываемый поток жидкости подается в отверстия, выполненные в центре прокладок и мембран и образующие при сборке каналы для подачи исходного раствора и вывода диализата и концентрата, а затем по лабиринту прокладок растекается к периферии (а. с. СССР 1033154, кл. 01 13/02, 1981) Известный способ очень энергоемкий. Наиболее близким по технической сущности является способ электродиализа, заключающийся в подаче потока воды в отверстия, выполненные в чередующихся катионообменных и анионообменных мембранах, образующих вместе с лабиринтносетчатыми прокладками, чередующиеся также обессоливающие (дилюатные) и концентрирующие (рассольные) камеры между двумя электродами в электродиализаторе. Одна рассольная и одна дилюатная камеры образуют ячейку. Герметизация камер и распределение потоков осуществляют специальными прокладками. В прокладках выполнен лабиринт, по которому очищаемый поток воды движется в одном направлении (Смагин В.Н. Обработка воды методом электродиализа. М. Стройиздат, 1986, с.118). Недостатком известного способа является повышенный расход электрической энергии. Задачей настоящего изобретения является снижение расхода электроэнергии. Поставленная задача решается тем, что в данном способе обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе фильтр-прессного типа, с электродами, чередующимися ионообменными мембранами и прокладками с отверстиями, образующими при сборке каналы подачи исходного раствора и раздельного вывода рассола и опресняемой воды,включающем подачу воды в каналы, отделение растворенных солей на катионообменных и анионообменных мембранах, направление потока очищаемой воды по каналам ввода раствора до вывода обессоленной воды меняют, используя индивидуальные тракты ввода раствора и вывода продуктов, образованные при сборке. Технологическая сущность способа заключается в следующем. Электродиализ в аппаратах существующей конструкции осуществляется по строго регламентированной схеме движения водных растворов. В аппаратах фильтр-прессного типа поток очищаемой жидкости (воды) совершает сложное движение. Поток движется от одного электрода к другому, например от катода к аноду или наоборот, одновременно проходя по лабиринтам прокладок, и просачивается через мембраны. Поскольку очищаемый раствор сам является проводником второго рода, движение потока воды сопровождается дрейфом электронов и, со 2 ответственно, вокруг проводника возникают вихревые и индукционные токи, значительно увеличивающие расход электроэнергии. При смене направлений движений водных потоков в одном аппарате потери электроэнергии на вихревые и индукционные токи существенно меньше, что приводит к существенной экономии электроэнергии. При проведении процесса в электродиализаторах фильтр-прессного типа существенного значения не имеет, какой формы выполнены мембраны и прокладки, они могут быть прямоугольными, элипсообразными или круглыми. В аппаратах с круглой формой мембран и прокладок исходный поток в камеры вводится по центральному тракту (рис. 2 а), а дилюат выводится по периферийному тракту. По мере прохождения раствора по индивидуальным каналам мембран и прокладок направление его меняется, и раствор движется в противоположном направлении (рис. 2 б). В аппаратах с прямоугольнойформой мембран и прокладок исходный поток вводится по одному периферийному тракту (рис. 3 а), а дилюат выводится по другому периферийному тракту, по мере прохождения раствора его направление по трактам меняется (рис. 3 б). Изменение направления движения водного потока по индивидуальным трактам может быть достигнуто несколькими способами либо применением прокладки специальной конфигурации, либо использованием стандартной мембраны, отверстия в которой для потоков раствора смещены в сравнении со стандартными прокладками, либо возможно использование пластины или вкладыша из нейтрального материала, обеспечивающих инверсию потока. Таким образом, отличительной особенностью существующего принципа электродиализа является воздействие постоянного электрического тока на водный поток, движущийся между мембранами в одном направлении. На фиг. 1 изображена принципиальная схема движения обессоливаемой воды в электродиализаторе, осуществляемая по предложенному способу. Способ обессоливания воды осуществляется электродиализом в электродиализаторе фильтрпрессного типа 1, с электродами 2, чередующимися ионообменными мембранами 3 и прокладками 4 с отверстиями, образующими при сборке каналы 5 для подачи исходного раствора и раздельного вывода рассола 6 и опресняемой воды 7, и включает подачу воды в каналы, отделение растворенных солей на катионообменных и анионообменных мембранах,прокладка 8 используется для изменения направления движения потока очищаемой воды по каналам для ввода раствора 9 до каналов вывода обессоленной воды 10 и вывода рассола 11. Очищаемая вода подается в электродиализатор 1 с электродами 2 по центральному каналу 5, проходит пакет мембран 3 и прокладок 4, обессоливается,дилюат выводится по каналу 7 и рассол по каналу 6, 4229 расположенные на периферии мембран и прокладок. По мере прохождения по индивидуальным каналам раствор изменяет направление движения водного потока через прокладку 8 и подается через каналы 9,находящиеся на периферии мембран и прокладок, а рассол и дилюат выводятся по каналам 11 и 10, расположенным в центре мембран. Опыты проведены в равномасштабных условиях(прототип и предлагаемый способ). Обессоливанию подвергали раствор, содержащий 6,3 г/л соли по аС, в непрерывном режиме обессоливания в течение 5 часов. Напряжение на электродах - 110 В. Процесс обессоливания осуществляют до конечного солесодержания на выходе из аппарата 0,52-0,56 г/л. Рабочая поверхность ионообменных мембран - 0,07 м 2. Количество мембранных пар в пакете - 80 штук. Производительность аппарата 30 л/час. Пример 1 (прототип) Применен стандартный электродиализный аппарат с электродами, мембранами и прокладками, со спиральным лабиринтом. Очищаемый поток воды подается в центральные отверстия прокладок и выводится из периферийных отверстий. Усредненный ток в аппарате - 2,3 А. Пример 2 (предложенный способ) Применен электродиализный аппарат с электродами, мембранами и прокладками, со спиральным лабиринтом. Очищаемый поток воды подается в центральные отверстия прокладок, проходит 16 прокладок (20 от общего количества прокладок в пакете), затем выводится на периферию и через оставшиеся 64 прокладки движется по лабиринту от периферии к центру. Усредненный ток в аппарате - 2,0 А. Аналогично примеру 2, только поток очищаемой жидкости проходит в одном направлении от центра к периферии 24 прокладки ( 30 ), а затем от периферии к центру - 56 прокладок. Усредненный ток в аппарате - 1,8 А. Пример 4 Аналогично примеру 2, только поток проходит в одном направлении от центра к периферии 32 прокладки (40 ), а затем от периферии к центру - 48 прокладок. Усредненный ток в аппарате - 1,6 А. Пример 5 Аналогично примеру 2, только поток проходит в одном направлении от центра к периферии 40 прокладок (50 ), а затем от периферии к центру, также 40 прокладок. Усредненный ток в аппарате - 1,4 А. Из представленных данных следует, что осуществление предложенного способа позволяет снизить расход электроэнергии в зависимости от конкретного примера на 13,0-39,1 . ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе фильтр-прессного типа, включающий подачу воды в индивидуальные тракты ввода раствора, образованные в чередующихся ионообменных мембранах и прокладках, распределение воды по каналам в прокладках, отделение растворенных солей на ионообменных мембранах под действием постоянного тока и вывод рассола и обессоленной воды через индивидуальные тракты, отличающийся тем, что поток воды в части каналов распределяют в направлении, встречном направлению потока воды в другой части каналов, используя индивидуальные тракты ввода раствора и вывода продуктов, образованные при сборке электродиализатора.