способ обессоливания воды

Формула изобретения

Способ обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе с катионо- и анионообменными мембранами, отличающийся тем, что процесс ведут на импульсном токе с частотой импульсов 50 - 10³ Гц.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к процессу электродиализного обессоливания воды в электродиализаторе с катионо- и анионообменной мембранами.

Известен способ обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе с ионообменными мембранами (А.с. СССР N 1398884, B 01 D 13/02, 1988).

Недостатком данного способа является высокий расход электроэнергии 0,53-1,9 Втч/г соли при использовании ионообменных мембран.

Наиболее близким по наибольшему количеству общих признаков и достигаемому результату к заявляемому является способ обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе с катионо- и анионообменной мембранами (А.с. СССР N 1507413, B 01 D 13/02, 1989 - прототип).

Недостатком известного способа является следующее. Известно, что производительность электродиализатора прямо пропорциональна его токовой нагрузке. Однако увеличение плотности переменного тока возможно до определенного предела, после чего начинают происходить побочные процессы (например, разложение воды с выделением кислорода и водорода), на которые расходуется дополнительная энергия. При этом ограничение плотности тока ограничивает также производительность процесса обессоливания за счет снижения интенсивности потока извлекаемых ионов.

Задачей заявляемого изобретения является снижение затрат электроэнергии на процесс обессоливания воды и повышение производительности процесса очистки.

Поставленная задача решается тем, что в способе обессоливания воды электродиализом в электродиализаторе с катионо- и анионообменной мембранами процесс ведут на импульсном токе с частотой импульсов 50-10³ Гц.

Заявителю известно использование импульсного тока (пат. РФ N 2083268, B 01 D 13/02, 1997). В данном способе применение импульсного тока определенных параметров (резонансная частота для извлекаемых ионов, скважность и плотность тока) позволяет регенерировать высококонцентрированные (2 моль/л и более) растворы, содержащие загрязняющие ионы тяжелых металлов. Причем в электродиализаторе используется только одна мембрана - катионообменная, разделяющая установку на две камеры: анодную и катодную, что позволяет селективно извлекать ионы одного знака заряда, оставляя при этом необходимые одноименнозаряженные. В предлагаемом же способе извлекают ионы обоих зарядов: и катионы, и анионы, что позволяет проводить процесс обессоливания воды.

Использование импульсного тока позволяет снизить расход электроэнергии за счет того, что одинаковые значения плотности тока J_ср на переменном асимметричном и импульсном токе достигаются в случае

J_ср = J_max/Q,

где J_max - рабочая плотность тока в импульсе; Q - скважность импульсного тока.

То есть рабочая плотность тока в импульсе имеет более высокие значения по сравнению с переменным асимметричным током, что увеличивает производительность электродиализатора. Кроме того, на снижение расхода электроэнергии влияет наличие токовых пауз при использовании импульсного тока.

Пример. Способ осуществляют следующим образом: в среднюю камеру электродиализной ячейки с катионо- и анионообменной мембранами заливают водный раствор хлорида натрия с концентрацией 0,1 моль/л. В катодную и анодную камеры заливают 0,1 н. раствор HCl. На электроды подают импульсный ток прямоугольной формы с частотой импульсов 50-10⁴ Гц и плотностью тока 5-50 А/м². При этом катионы Na⁺ перемещаются через катионообменную мембрану к катоду, а анионы Cl^- - через анионообменную мембрану - в сторону анода. Тем самым происходит процесс обессоливания воды. Увеличение плотности тока более 50 А/м² нецелесообразно в виду увеличения расхода электроэнергии на долю переходных процессов.

Опытные данные по обессоливанию раствора NaCl (0,1 моль/л) на импульсном токе и на переменном асимметричном (по прототипу) приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, при переходе с переменного асимметричного на импульсный ток расход электроэнергии снижается в 1,2-10 раз, а поток ионов через мембраны увеличивается более чем в 10 раз. Значение интенсивности потока ионов по прототипу (0,01 г/лчас) определено как отношение разности между концентрацией NaCl в исходном растворе (200 мг/л) и фильтрате (10 мг/л) ко времени обработки раствора (24 часа)



Таким образом, использование импульсного тока с частотой импульсов 50-10³ Гц дает наибольший эффект по снижению расхода электроэнергии и производительности процесса обессоливания.

Источники информации

1. А.с. N 1398884, B 01 D 13/02, 1988.

2. А.с. N 1507413, B 01 D 13/02, 1989.

3. Патент 20832268, B 01 D 13/02 1997.