способ асимметричного электродиализа

Формула изобретения

Способ асимметричного электродиализа, включающий подачу раствора электролита в пространство между ионоселективными мембранами вертикально расположенного пакета мембран, наложение электростатического поля, разделение обрабатываемого раствора на обессоленный диализат и соленый концентрат, проведение процесса до конечной концентрации, реверс полярности электродов по окончании интервала времени обработки раствора в рабочем режиме и промывку мембран во время реверса, отличающийся тем, что электростатическое поле накладывают так, чтобы его вектор совпадал с вектором гравитационного поля, а при реверсе полярности электродов одновременно изменяют на противоположное расположение вертикального пакета мембран относительно направления гравитационного поля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимической технологии обработки водных растворов и может быть использовано для опреснения природных соленых, солоноватых вод, глубокого обессоливания пресной воды, очистки сточных вод.

Известен способ электродиализного обессоливания раствора электролита /предпатент РК №12164, кл. В 01 D 61/44, 2002/, включающий подачу раствора в пространство между ионоселективными мембранами, наложение электростатического поля, разделение обрабатываемого раствора на обессоленный диализат и соленый концентрат, проведение процесса до конечной концентрации.

Известен способ асимметричного электродиализа растворов электролитов, осуществленный в электродиализаторе по /предпатенту РК №11715, кл. В 01 D 61/46, В 01 D 61/44, 2002, включающий подачу раствора в пространство между ионоселективными мембранами вертикально расположенного пакета мембран, наложение электростатического поля, разделение обрабатываемого раствора на обессоленный диализат и соленый концентрат, проведение процесса до конечной концентрации, реверс полярности электродов по окончании интервала времени обработки раствора в рабочем режиме и промывку мембран во время реверса. При этом соотношение интервалов "промывка"/"работа" равно 1:10-1:20.

Недостатки известных способов заключаются в следующем.

Обрабатываемые технические растворы электролитов несмотря на предварительную их фильтрацию содержат существенное количество тонкодисперсных частиц, относящихся к классу глинистых, с сорбированными анионами, определяющими их общий отрицательный заряд. При движении в пространстве между ионоселективными мембранами глинистые отрицательно заряженные частицы осаждаются на анионитовых мембранах, кальматируют поверхность мембран, в результате чего постепенно снижается производительность электродиализного процесса до неприемлимых показателей. Процесс промывки, снижающий солеотложения, в том числе регенирирующим раствором, в данном случае неэффективен. Спустя какой-то период времени эксплуатации электродиализатора приходится его разбирать и проводить механическую очистку мембран от глинистых отложений, т.е. затрачивать ручной труд.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа электродиализа, который обеспечил бы повышение эксплуатационных характеристик и увеличение продолжительности эксплуатации ионообменных мембран за счет снижения кальматации их глинистыми частицами.

Требуемый технический результат достигается тем, что предлагаемый способ так же, как известный способ асимметричного электродиализа, включает подачу раствора электролита в пространство между ионоселективными мембранами вертикально расположенного пакета мембран, наложение электростатического поля, разделение обрабатываемого раствора на обессоленный диализат и соленый концентрат, проведение процесса до конечной концентрации, реверс полярности электродов по окончании интервала времени обработки раствора в рабочем режиме и промывку электродов и мембран во время реверса.

Однако в отличие от известного способа в предлагаемом способе электростатическое поле накладывают так, чтобы его вектор совпадал с вектором гравитационного поля, а при реверсе полярности электродов одновременно изменяют на противоположное расположение вертикального пакета мембран относительно направления гравитационного поля.

В процессе электродиализа при наложении постоянного электрического поля катод является донором электронов, а анод акцептором, образующиеся катионы и анионы мигрируют в противоположных направлениях в пространстве между мембранами, образуя обессоленный диализат и соленый концентрат. Обессоливание проводится в рабочем режиме при высоких плотностях тока. После некоторого промежутка времени (например, через 22 часов) эксплуатационные характеристики электродиализатора ухудшаются за счет солеотложения на мембранах и в приэлектродных камерах. В электродиализных аппаратах производят самоочистку от солеотложений за счет реверса полярности, а спустя более продолжительный период, например несколько месяцев, осуществляют промывку мембран регенерирующим раствором. Однако отложения глинистых частиц избежать невозможно и, спустя несколько месяцев эксплуатации, электродиализатор разбирают и проводят механическую очистку мембран. В предлагаемом способе вектор накладываемого электростатического поля устанавливают так, чтобы он совпадал с вектором гравитационного поля, которое противодействует движению к анионитовой мембране отрицательно заряженных глинистых частиц, обладающих большей плотностью, нежели плотность раствора, что снижает, а иногда и полностью предотвращает их осаждение. Чтобы избежать осаждения глинистых частиц в периоды реверса полярности электродов, одновременно в пространстве ионитовых мембран изменяют и направление гравитационного поля, изменяя расположение вертикального пакета мембран на противоположное.

По предложенному способу два серийных электродиализных аппарата типа ЭДИС-Б-50-А, выполненных по предпатенту РК №11715, эксплуатировали одновременно параллельно для обессоливания алматинской артезианской воды бикарбонатной жесткости с общим солесодержанием 130 мг/л и содержанием глинистых частиц 7 мг/л. Конечная концентрация солей в опресненной воде в обоих аппаратах составляла 23-38 мг/л.

Электродиализные аппараты функционировали в режиме "работа" в течение 22 часов. После чего производили реверс и в течение промежутка времени 0,5 часа проводили очистку промывкой анода и мембран. В конкретном отрезке времени в режиме "промывка" из-за смены полярности анод временно становился катодом. Затем полярность вновь изменяли и аппараты продолжали работать в режиме "работа". Для осуществления предлагаемого способа один электродиализный аппарат по предпатенту РК №11715 оборудовали опрокидывателем и в режиме "реверс" одновременно с изменением полярности электродов изменяли и вертикальную ориентацию аппарата на противоположную.

Из-за постепенного увеличения конечной концентрации в обессоливаемой воде после превышения ее 40 мг/л потребовалась разборка электродиализного аппарата по предпатенту РК №11715 и механическая очитка мембран от глинистых осаждения после шести месяцев непрерывной эксплуатации. Аналогичная процедура для аппарата, осуществляющего предложенный способ, т.е. оборудованного опрокидывателем, потребовалась лишь спустя 1,5 года.

Основное преимущество предложенного способа заключается в возможности проведения процесса промывки электродов, причем процесс промывки проводится в режиме, отличном от рабочего режима. Подобный режим работы аппарата позволяет проводить обессоливание без снижения эффективности процесса опреснения в течение существенно большего интервала времени.

Предложенный способ может быть реализован в установках для обессоливания различных по концентрации растворов и обеспечивает возможность его многократного воспроизведения.