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Procédé et appareil pour dessaler électriouement les liquides.
La présente invention a pour objet un procède pour dessaler partiellement ou totalement les liquides par voie électrique, et l'appareil permettant Inexécution de ce procédé. L'invention repose sur une nouvelle découverte, à savoir, qu'il est avantageux d'utiliser des liquides anodioues bons conducteurs qui, de préférence, contiennent comme cathion de l'hydro gène c'est à dire ont avant tout un caractère acide.
Contrairement aux procédés usuels, les chambres d'anode ne sont pas rincées, l'anolyte n'est pas dilué et l'on tend au contraire à fixer, dans la chambre d'anode, les anions arrivant dans l'anolyte et libérant des acides.
Pour 1'exécution de ce procédé, on utilise par exemple avec différents diaphragmes d'anodes chargés hégativement ou non chargés, une installation conforme au schéma de la fi.l.
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A cette figure, comme à toutes les autres, les mêmes chiffres correspondent à des organes analogues. La cellule de la fig. 1 comporte ainsi un diaphragme d'anode poreux 1, de préférence en matière céramique poreuse résistant au chlore et aux acides et servant à recevoir l'anode 25 en platine ou en nagnétite et l' anolyte 28. Le diaphragme 1 est entouré à faible distance d'une cathode il en tôle, t6le perforée ou analogue qui est séparée par un diaphragme cathodioue 10 de l'espace intermédiaire 27 réservé entre 1 et 11, et 'CI, travers lequel est conduit le liquide à dessaler. un tube 14 sert à 1'introduction de ce liquide et un trop-plein 20 son évacua- tion.
Le diaphragme cathodique 10 est de préférence constitué en tissu d'amiante ou en un tissu ou carton à base d'amiante qui est en outre muni d'un revêtement par exemple en caoutchouc poreux avec un mélange de caoutchouc et de kieselguhr ou ana- logue. La chambre cathodique est fermée par en bas par exemple par un joint isolante 29 tel que du ciment et repose dans un récipient extérieur 13 en ciment, éternit, tôle métallique ou analogue dans lequel le catholyte peut s'accumuler jusqu'à la hauteur du trop-plein 22.
Si le diaphragme d'anode reste sans charge électrique, une telle cellule ou une série de telles cellules reliées les unes aux autres remplit complètement le but cherché, lorsque l'on place la chambre 11-9 dans le récipient extérieur 13, que l'on place ensuite la chambre anodique 1 dans la chambre cathodique, que l'on met en place l'anode et le tube d'arrivée, que l'on envoie du liquide, que l'on met l'appareil sous ten- sion, etc.. Si toutefois la chambre anodique reçoit, comme habituellement, une charge négative, le liquide, pendant le passade du courant, se rend, par suite du phénomène de cata- phorèse, de 28 en 27 à travers le diaphragme 1, le niveau descend à l'intérieur et la cellule anodique peut, à la longue, être complètement vidée.
Pour éviter celà , le niveau de 28
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peut être maintenu constant, par un dispositif simple tel ou* une communication établie entre 27 et 28' par un orifice étroit ménage de préférence à la partie inférieure du diaphragme 1 : à travers cet orifice circule ainsi constamment autant de liquide de 27 vers 28 que le phénomène de ca-tephorèse tend à en supprimer. Bien entendu, on peut également maintenir ce niveau constant par d'autres moyens, par exemple &râce à un flotteur 12 qui, lorsque le nivea.u baisse, ouvre un robinet 24, laisse circuler du liquide de 23 vers 28 jusqu'à ce que ce flotteur remonte et ferme à nouveau ce robinet.
Si l'on utilise les diaphragmes d'anode chargés posi- tivement ou avec des tensions alternatives, on utilise, pour maintenir constant le niveau, une disposition telle que celle représentée partiellement en élévation et partiellement en coupe fig. 4 et qui comporte trois cellules disposées en ca.scade,
Le diaphragme d'anode 1 qui comporte pa.r exemple une anode en magnétite 25, comporte une tubulure 2 passant à traversle fond 29 de la cellule, il peut être muni (pour une vidange éventuelle à certains moments) d'un robinet 3 et est relie de façon continue avec un tube étroit 4 débouchant dans une chambre de niveau 5,5', 5". Dans cette chambre de niveau, s'écoule un liquide, soit le liquide à épurer ou un liquide a.cidifié,
soit un anolyte provenant de la. chambre d'anode de la cellule précédente, par l'intermédiaire de la conduite 6, et ce liquide est amené, par un tube de niveau 7, à la chambre de niveau 5 de la cellule suivante disposée de manière tout à fait analogue. Il s'écoule ainsi dans l'ensemble la même quantité globale de liquide à travers les tubes 7,7',7" et seule la faible quantité évacuée ou introduite pour mainte- nir consta.nt le niveau dans la chambre d'anode, est dérivée dans le tube 4. Avec cette installation servant à maintenir
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canstant le niveau dans la chambre d'anode, l'anolyte s'enrichit également constamment en électrolyte et surtout en acide.
La fig. 5 montre une troisième forme de réalisation.
Dans cette installation sont prévues trois cellules superposées verticalement, les chambres d'anode 1 sont munies de dispositifs de maintien de niveau b analogues à ceux de la fige 4 ; toutefois, ces dispositifs de maintien de niveau sont placés eux-mêmes dans la cellule anodique elle-même, et sont légèrement transformées à cet effet. Les conduits 7, 7', 7" de la fig. 4 deviennent ainsi inutiles ainsi que ceux servant au nettoyage et au maintien du niveau constant des chambres anodiques 28 et éventuellement à l'envoi, dans les chambres cathodiques 9 de cellule à cellule de la quantité de fluide s'écoulant automatiquement, éventuellement sans aucune liaison par tuyau souple (par 20, 21, 22).
Ie type d'installation que l'on devra employer dans chadue cas dépend de la nature de la matière traitée, de l'importance de la production désirée, etc..
Les fie. 2 et 3 montrent schématiquement un autre type de cellule utilisable dans certains cas et équipée seulement d'un diaphiagme d'anode et d'une cathode en mercure ; Il désine la cathode en mercure, 29 le diaphragme d'anode, le niveau d'anolyte 28 étant maintenu constant par les moyens précédemment décrits.
Dans le cas où l'on se propose de dessaler un liquide riche en chlorure avec un résidu d'évaporation relativement élevé (par exemple de l'eau de mer à 35.000 milligrammes par litre), on devra, tout au moins au début de l'opération, utiliser des cellules du type 2 ou 2a équipées avec des cathodes en mercure disposées par exemple en couche horizontale comme représenté fig. 2.
Ces constructions ne sont données qu'à titre d'exemple, leurs détails sont sans importance ; il est par contre important que les cathodes de mercure soient utilisées en combinaison avec des diaphragmes d'anodes chargés négati-
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-vexent et sensiblement fermés, la concentration (correspondant à l'idée directrice de l'invention), étant maintenue d'une valeur élevée dans la. chambre d'anode dans laquelle le niveau est maintenu constant. On a observé que le dessalage avec des cathodes en mercure ne peut 'être réalisé avantageusement que dans une telle combinaison; elle ne peut pas être conduite jusqu'au bout dans des conditions favorables avec cellules à mercure, mais au contraire ne peut être poursuivie que jusqu'à ce que la teneur en sel, soit descendue jusqu'à 1. 500 à 600 milligrammes.
L'opération est alors poursuivie dans des cellules munies de diaphragmes, d'anodes et de cathodes. Dans l'opération de dessalage avec des cathodes en mercure, il y formation d'amalgame..La décomposition de l'amalgame est obtenue par les mêmes moyens dont on se sert pour l'électrolyse des chlorures alcalins avec cathode en mercure. Le mercure libéré de l'amalgame est remené à la cellule,, Pour le dessalage avec deux diaphragmes, qui constitue le deuxième stade de l'opération de dessalage pour des eaux très riches en sel et a,utrement l'opération unique, on emploie des installations du type représenté fig. 4 ou 5 avec rane puissance d'environ 4 à 40 litres à l'heure ; pour des puissances de 100 à 5.000 litres par heure, on emploiera au contraire des installations suivant les fig. 1, 4 ou 6.
Dans tous les cas, on part d'anolyte qui comporte au moins autant d'électrolyte que le liquide à purifier et qui s'enrichit, au cours de l'opération, en électrolyte et notamment en acide. Cet enrichissement considéré jusqu'ici comme nuisible, a au contraire comme indiqué au début, une action très avantageuse.
Grâce à la forte conductibilité des liquides anodiques (la conductibilité est maintenue avantageusement à 1 à 1,10-3 Chm-1 cm-1), on peut, avec le nouveau procédé, obtenir des densités de courant beaucoup plus élevées et ceci permet par
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exemple d'employer du platine de manière économique comme constituant de l'anode, par exemple en forme de spirale de fil métallique (voir 25 fig. 1) , ou sous for"e d'une série de fils disposés verticalement (voir 25 fi. 6).
L'application du procédé n'est pas limitée aux réalisations représentées au dessin et qui ne constituent une représentation schématique que d'un très petit nombre de réalisations possibles. Les cellules sont toutes montées de préférence en série en noubre approprié (par exemple 1 à. 16).
Le liquide à épurer traverse les chambres médianes 27 à la suite les unes des autres. On peut prévoir des trop-pleins pour les eaux d'anode 21 et éventuellement les eaux de ca- par thodè 22 (voir/exemple 22, fig. 5). Les eaux d'électrode peuvent ainsi passer suffisamment lentement à traversles cel- lules de manière à obtenir un enrichissement convenable mal- gré un égouttement continu,
La forme des cellules est sans importance ; on peut par exemple constituer les cellules d'anode en forme de cylindre, de parallélipipède, de sac avec ou sans fond au moyen de plaques.
On peut finalement placer à 1intérieur l'un de l'autre deux diaphragmes d'anode en forme de bacs, dis- poser les anodes et les anolytes 28 dans l'espace intermédiai- re réservé entre ces bacs, ou adopter une construction ana- loue telle que représentée schématiquement en coupe fig. 6 et en plan fige 7, cette construction comportant deux dia- phragmes d'anodes concentriques cylindriques 1-1, reliés à leur partie inférieure par un isolant 39 (ciment,asphalte ou analogue).
Une telle disposition annulaire dans laquelle la chambre d'anode est entourée des deux c8tés, de chambres intermédiaires 27 et de diaphragmes cathodiques 10, 11 permet de diminuer les pertes de chaleur et par conséquent d'obtenir
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des températures plus élevées ce qui est égllement recommandé conformément à l'invention .
Comme les cylindres d'anodes peuvent avoir de grandes dimensions (par exemple 1 à 2 m2) cette disposition peut convenir particulièrement pour des grandes installations où l'on désire obtenir une puissance de 1 à 2 m3 par heure et par cellule.
Il n'est pas difficile de fabriquer de telles cellules pour une puissance horaire de 1 m3 et dans des conditions normales, l'installation de tels épurateurs d'eau électriques équipés en platine peut être plus économique , jusqu'à une puissance de 5 m3 pa.r heure, qu'une installation de distillation de même puissance.
Un autre avantage que la méthode présente, par suite du maintien d'une grande concentraetion d'acide dans l'anolyte et de.la forte densité de courant que l'on peut obtenir (beaucoupplus grande que celle qui pouvait être obtenue pour les dispositifs épurateurs d'eau avec rinçage des chambres d'anodes), réside dans la possibilité d'employer des électrodes en platine dans des anolytes contenant (304), c'est à dire dans des conditions de travail pour lesquelles de telles anodes donnent naissance à des quantités importantes d'ozone qui peuvent servir à la stérilisation du liquide purifié.
A l'emploi de liquides d'électrodes bon conducteurs, n'est pas liée seulement une économie de tension et la po&si- bilité d'obtenir des densités de courant plus élevées que jusqu'ici, c'est à dire d'obtenir avec le mme appareil une plus grande quantité de produits, mais encore, grâce à l'augmentation de densité de courant, de maintenir des températures plus élevées dans l'espace Intermédiaire, ce qui ne conduit pas seulement à une augmentation de la conductibilité et par suite des densités de courant utilisables, mais encore
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à l'obtention de produits purs.
On constate notamment que pratiquement il n'est pas possible de descendre en dessous d'une conductibilité limitée déterminée du liquide dans l'espace intermédiaire, tout au moins pas sans une aumen- tation notable de l'énergie dépensée. Cette conductibilité correspond par contre, de hautes températures, une teneur en électrolyte beaucoup plus faible que pour des températures plus basses. Il est donc recommandé, conformément à l'invention, de conduire l'opération de dessalage à des températures aàssi hautes que possibles. Pour obtenir ce résultat tout en économisant de la chaleur, la chaleur contenue dans l'eau dessalée s'écoulant de l'appareil peut être employée pour le pré-chauffage de l'eau à épurer, dans un échangeur de chaleur du type de la fige 5.
Dans cette figure, 15 désigne un tel échange de chaleur de préférence calorifugé à travers lequel l'eau chaude dessalée s'écoule par les tubes 16, qui sont baignés par l'eau brute 17 et refroidis.
L'eau dessalée refroidie s'écoule par 18, l'eau brute préchauffée est conduite par le tube 19 à la chambre centrale de la rangée de cellules.
Ce dispositif simple permet d'augmenter la puissance de la batterie de cellules (pour une tension moyenne de ces cellules de 40 à 220 volts) à plus de 30% et, même pour des tensions de 10 à 40 volts d'obtenir encore une augmentation sensible, le dessiage pouvant en outre être poussé encore plus loin.
On peut également chauffer les cellules par des agents tels que la vapeur, l'huile ou analogue, que l'on introduit, comme indiqué fig. 6 par le tube 38. Le chauffage du catolyte et par suite du contenu de la cellule, se fait par l'intermédiaire de la chemise 37. L'eau condensée ou l'huile refroidie s'écoule en 39.
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La plupart des eaux naturelles contiennent comme impuretés des substances qui forment comme cathions principalement des ions de calcium et de magnésium à côté de très peu d'ions de sodium, tandis que comme anions les ions de l'acide carbonique prédominent. A c8té de ceux-ci, on trouve des quantités variables d'ions de chlore et d'ions de sulfate. Dans l'épuration électrique de semblables eaux, une grande quantité d'ions de calcium se précipite dans la chambre de ca.thode à l'état de carbonate. Cette séparation se produit non seulement à la cathode ou dans son voisinage immédiat mais aussi déjà dans les pores du diaphragme cathodique. Ceux-ci sont ainsi bouchés, lediaphragme devient par conséquent rapidement imperméable et sa résistance au passage du courant augmente de ce fait continuellement.
Finalement la. cellule considérée doit être mise hors d'action et le diaphragme doit être nettoyé avec de l'acide, de sorte que le fonctionnement de l'installation a une allure désagréableet est peu économique. Il est évident que cette obstruction des pores du diaphragme se produit d'autant plus rapidement que l'eau contient plus de bicarbonate de calcium. Elle se produit le plus fortement en cas d'emploi d'une série de cellules, dans la première cellule dans laouelle l'eau brute pénètre , et le plus faiblement au contraire dans la dernière cellule.
En pareils cas, il n'est pas nécessaire de f"ire s'effectuer l'épuration de l'eau dans toute la batterie, c'est à dire dans chaque cellule individuellement de la manière indiquée ci-dessus. Il semble par conséquent particulièrement avantageux de diviser l'opération d'épuration en différents étages, de tell façon que dans les premiè res cellules de la batterie ou dans d'autres cellules appropriëes, par l'action directe du courant, seuls les anions sont éliminés de l'eau et les cathions des métaux polyvalents
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sont précipités au moins partiellement à l'état de sels dif- ficilement solubles par la diminution, se produisant ainsi,
de la concentration d'ions d'hydrogène. Ce développement de l'opération peut être obtenu par exemple par le fait que les cellules considérées consistent seulement en deux chambres séparées par un diaphragme perméable. L'eau brute est amenée à la chambre cathodique. L'eau épurée est enlevée également de la chambre cathodique. Un avantage particulier du procédé réside dans la suppression dm diaphragme cathodique, avec sa tendance désagréable à l'obstruction, et de la nécessité qui en résulte d'un nettoyae compliqué au moyen d'acide. Des essais ont montré en outre que les sels difficilement solubles qui se précipitent se séparent, par suite d'une action cathophorétique, en grande partie sur la cathode sous une forme adhérente.
Comme d'autre part sur la cathode il se forme de l'hydrogène, le revêtement formé sur celle-ci est fortement poreux de sorte qu'on n'a pas pu observer que le passage du liquide vers la cathode est rendu plus difficile.
Après que de cette manière l'eau a été débarrassée des métaux polyvalents dissous; les cathions, restant encore, des alcalis peuvent être extraits de l'eau au moyen d'u#ou de plusieurs cellules à troischambres, c'est à dire à dia- phragmes d'anode et de cathode, ce qui toutefois n'est pas nécessaire pour beaucoup d'applications de l'eau, par exemple dans les cas où on désire simplement une eau douce. Lors de cette dernière épuration ultérieure l'obstruction des diaphragmes cathodiques ne se produit plus car les matières formant des boues se sont déjà séparées dans les cellules précédentes.
A la place de l'appareil à trois chambres, on peut employer également pour l'épuration finale de l'eau n'importe quel autre dispositif approprie à cet effet.
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A method and apparatus for electrically desalting liquids.
The present invention relates to a process for partially or totally desalinating liquids by electrical means, and the apparatus allowing the non-execution of this process. The invention is based on a new discovery, namely, that it is advantageous to use anodic liquids which are good conductors which, preferably, contain hydrogen as cathion, that is to say have above all an acidic character.
Unlike the usual processes, the anode chambers are not rinsed, the anolyte is not diluted and, on the contrary, there is a tendency to fix, in the anode chamber, the anions arriving in the anolyte and releasing acids.
For the execution of this process, for example, with different hegatively charged or uncharged anode diaphragms, an installation according to the diagram of the fi.l.
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In this figure, as in all the others, the same figures correspond to analogous organs. The cell of FIG. 1 thus comprises a porous anode diaphragm 1, preferably of porous ceramic material resistant to chlorine and to acids and serving to receive the anode 25 made of platinum or nagnetite and the anolyte 28. The diaphragm 1 is surrounded at a short distance. a cathode 11 of sheet metal, perforated sheet or the like which is separated by a cathode diaphragm 10 from the intermediate space 27 reserved between 1 and 11, and 'CI, through which the liquid to be desalinated is conducted. a tube 14 serves for the introduction of this liquid and an overflow 20 for its evacuation.
The cathode diaphragm 10 is preferably made of asbestos fabric or of an asbestos-based fabric or cardboard which is further provided with a coating, for example of porous rubber with a mixture of rubber and kieselguhr or the like. . The cathode chamber is closed from below for example by an insulating gasket 29 such as cement and rests in an outer container 13 made of cement, eternit, metal sheet or the like in which the catholyte can accumulate up to the height of the excess. -full 22.
If the anode diaphragm remains without electric charge, such a cell or a series of such cells connected to each other completely fulfills the intended purpose, when the chamber 11-9 is placed in the outer container 13, that the the anode chamber 1 is then placed in the cathode chamber, the anode and the inlet tube are placed, liquid is sent, the device is switched on, etc. If, however, the anode chamber receives, as usual, a negative charge, the liquid, during the passage of the current, goes, as a result of the phenomenon of cataphoresis, from 28 to 27 through the diaphragm 1, the level descends inside and the anode cell may eventually be completely emptied.
To avoid this, the level of 28
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can be kept constant, by a simple device such or * a communication established between 27 and 28 'by a narrow orifice preferably in the lower part of the diaphragm 1: through this orifice thus circulates constantly as much liquid from 27 to 28 as the phenomenon of ca-tephoresis tends to suppress it. Of course, we can also keep this level constant by other means, for example & thanks to a float 12 which, when the level drops, opens a tap 24, allowing liquid to circulate from 23 to 28 until this float goes up and again closes this valve.
If the anode diaphragms charged positively or with alternating voltages are used, an arrangement such as that shown partly in elevation and partly in section in fig. 4 and which has three cells arranged in a row,
The anode diaphragm 1 which comprises for example a magnetite anode 25, comprises a tube 2 passing through the bottom 29 of the cell, it can be provided (for possible emptying at certain times) with a valve 3 and is connected continuously with a narrow tube 4 opening into a level chamber 5.5 ', 5 ". In this level chamber, flows a liquid, either the liquid to be purified or an acidified liquid,
or an anolyte originating from the. anode chamber of the preceding cell, via line 6, and this liquid is brought, via a level tube 7, to the level chamber 5 of the following cell, arranged in a completely analogous manner. Thus, on the whole, the same overall quantity of liquid flows through the tubes 7,7 ', 7 "and only the small quantity discharged or introduced to maintain the level constant in the anode chamber, is bypassed in tube 4. With this installation used to maintain
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Cansuant the level in the anode chamber, the anolyte is also constantly enriched in electrolyte and especially in acid.
Fig. 5 shows a third embodiment.
In this installation are provided three cells superimposed vertically, the anode chambers 1 are provided with level maintaining devices b similar to those of the rod 4; however, these level maintainers are themselves placed in the anode cell itself, and are slightly converted for this purpose. The conduits 7, 7 ', 7 "of FIG. 4 thus become unnecessary as well as those serving for cleaning and maintaining the constant level of the anode chambers 28 and possibly for sending, in the cathode chambers 9 from cell to cell of the quantity of fluid flowing automatically, possibly without any connection by flexible pipe (by 20, 21, 22).
The type of installation which should be used in each case depends on the nature of the material treated, the size of the production desired, etc.
The fies. 2 and 3 schematically show another type of cell which can be used in certain cases and which is equipped only with an anode diaphragm and a mercury cathode; It desines the mercury cathode, 29 the anode diaphragm, the level of anolyte 28 being kept constant by the means previously described.
In the case where it is proposed to desalinate a liquid rich in chloride with a relatively high evaporation residue (for example sea water at 35,000 milligrams per liter), one should, at least at the beginning of the 'operation, use type 2 or 2a cells equipped with mercury cathodes arranged for example in a horizontal layer as shown in fig. 2.
These constructions are given only as an example, their details are not important; on the other hand, it is important that the mercury cathodes are used in combination with negatively charged anode diaphragms.
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-vexent and substantially closed, the concentration (corresponding to the guiding idea of the invention), being maintained at a high value in the. anode chamber in which the level is kept constant. It has been observed that desalting with mercury cathodes can only be carried out advantageously in such a combination; it cannot be carried out to the end under favorable conditions with mercury cells, but on the contrary can only be continued until the salt content has fallen to 1,500 to 600 milligrams.
The operation is then continued in cells equipped with diaphragms, anodes and cathodes. In the desalting operation with mercury cathodes, amalgam is formed. The decomposition of the amalgam is obtained by the same means used for the electrolysis of alkali chlorides with a mercury cathode. The mercury released from the amalgam is returned to the cell ,, For desalting with two diaphragms, which constitutes the second stage of the desalting operation for water very rich in salt and, in addition, the single operation is used installations of the type shown in FIG. 4 or 5 with a power of about 4 to 40 liters per hour; for powers of 100 to 5,000 liters per hour, on the contrary, installations according to fig. 1, 4 or 6.
In all cases, the starting point is anolyte which contains at least as much electrolyte as the liquid to be purified and which is enriched, during the operation, in electrolyte and in particular in acid. This enrichment, considered until now as harmful, has on the contrary, as indicated at the beginning, a very advantageous action.
Thanks to the high conductivity of anode liquids (the conductivity is advantageously maintained at 1 to 1.10-3 Chm-1 cm-1), it is possible, with the new process, to obtain much higher current densities and this allows by
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example of economically using platinum as a constituent of the anode, for example in the form of a spiral of metal wire (see 25 fig. 1), or in the form of a series of wires arranged vertically (see 25 fi . 6).
The application of the method is not limited to the embodiments shown in the drawing and which only constitute a schematic representation of a very small number of possible embodiments. The cells are all preferably mounted in series in the appropriate number (eg 1 to 16).
The liquid to be purified passes through the middle chambers 27 one after the other. Overflows can be provided for the anode water 21 and possibly the ca- parthode water 22 (see / example 22, fig. 5). The electrode water can thus pass sufficiently slowly through the cells so as to obtain a suitable enrichment despite continuous dripping,
The shape of the cells is irrelevant; for example, the anode cells can be formed in the form of a cylinder, a parallelepiped or a bag with or without a bottom by means of plates.
Finally, it is possible to place two tank-shaped anode diaphragms inside each other, to arrange the anodes and anolytes 28 in the intermediate space reserved between these tanks, or to adopt a similar construction. rented as shown schematically in section fig. 6 and in fixed plan 7, this construction comprising two diaphragms of concentric cylindrical anodes 1-1, connected at their lower part by an insulator 39 (cement, asphalt or the like).
Such an annular arrangement in which the anode chamber is surrounded on both sides, by intermediate chambers 27 and by cathode diaphragms 10, 11 makes it possible to reduce heat losses and consequently to obtain
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higher temperatures which is also recommended in accordance with the invention.
As the anode cylinders may have large dimensions (for example 1 to 2 m2) this arrangement may be particularly suitable for large installations where it is desired to obtain a power of 1 to 2 m3 per hour and per cell.
It is not difficult to manufacture such cells for an hourly power of 1 m3 and under normal conditions, the installation of such electric water purifiers equipped with platinum can be more economical, up to a power of 5 m3. per hour, than a distillation plant of the same power.
Another advantage which the method presents, owing to the maintenance of a large concentration of acid in the anolyte and of the high current density which can be obtained (much greater than that which could be obtained for the devices water purifiers with rinsing of the anode chambers), lies in the possibility of using platinum electrodes in anolytes containing (304), that is to say in working conditions for which such anodes give rise to significant amounts of ozone which can be used for sterilizing the purified liquid.
The use of good conductive electrode liquids is not only linked to a saving in voltage and the possibility of obtaining higher current densities than hitherto, that is to say of obtaining with the same apparatus a greater quantity of products, but also, thanks to the increase in current density, to maintain higher temperatures in the Intermediate space, which does not only lead to an increase in the conductivity and consequently usable current densities, but still
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to obtain pure products.
It is observed in particular that in practice it is not possible to drop below a determined limited conductivity of the liquid in the intermediate space, at least not without a significant increase in the energy expended. On the other hand, this conductivity corresponds to a much lower electrolyte content at high temperatures than at lower temperatures. It is therefore recommended, in accordance with the invention, to conduct the desalting operation at temperatures as high as possible. To obtain this result while saving heat, the heat contained in the desalinated water flowing from the apparatus can be used for pre-heating the water to be purified, in a heat exchanger of the type of freeze 5.
In this figure, 15 denotes such a heat exchange preferably insulated through which the hot desalinated water flows through the tubes 16, which are bathed by the raw water 17 and cooled.
The cooled desalinated water flows through 18, the preheated raw water is conducted through tube 19 to the central chamber of the row of cells.
This simple device makes it possible to increase the power of the cell battery (for an average voltage of these cells of 40 to 220 volts) to more than 30% and, even for voltages of 10 to 40 volts to obtain a further increase sensitive, as the desoldering can also be pushed even further.
The cells can also be heated by agents such as steam, oil or the like, which are introduced, as indicated in fig. 6 via tube 38. The heating of the catolyte and consequently of the contents of the cell, takes place via the jacket 37. The condensed water or the cooled oil flows out at 39.
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Most natural waters contain substances as impurities which form mainly calcium and magnesium ions as cathions alongside very few sodium ions, while carbonic acid ions predominate as anions. Beside these are found varying amounts of chlorine ions and sulfate ions. In the electric purification of such waters, a large quantity of calcium ions precipitate in the calcium chamber in the form of carbonate. This separation occurs not only at the cathode or in its immediate vicinity but also already in the pores of the cathode diaphragm. These are thus blocked, the diaphragm therefore quickly becomes impermeable and its resistance to the passage of current therefore increases continuously.
Finally there. cell in question must be put out of action and the diaphragm must be cleaned with acid, so that the operation of the installation looks unpleasant and uneconomical. It is obvious that this obstruction of the pores of the diaphragm occurs all the more quickly as the water contains more calcium bicarbonate. It occurs most strongly when using a series of cells, in the first cell in which raw water penetrates, and most weakly on the contrary in the last cell.
In such cases, it is not necessary to carry out water purification throughout the battery, i.e. in each cell individually in the manner indicated above. particularly advantageous to divide the purification operation into different stages, such that in the first cells of the battery or in other suitable cells, by the direct action of the current, only the anions are removed from the battery. water and polyvalent metal cathions
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are at least partially precipitated in the form of poorly soluble salts by the reduction, thus taking place,
of the concentration of hydrogen ions. This development of the operation can be obtained for example by the fact that the cells considered consist only of two chambers separated by a permeable diaphragm. Raw water is brought to the cathode chamber. The purified water is also removed from the cathode chamber. A particular advantage of the method is the elimination of the cathode diaphragm, with its unpleasant tendency to clog, and the resulting need for complicated cleaning with acid. Tests have further shown that the sparingly soluble salts which precipitate separate, due to cathophoretic action, largely on the cathode in an adherent form.
Since, on the other hand, hydrogen is formed on the cathode, the coating formed thereon is highly porous so that it has not been possible to observe that the passage of the liquid towards the cathode is made more difficult.
After in this way the water has been freed of the dissolved polyvalent metals; the cathions, still remaining, alkalis can be extracted from the water by means of one or several cells with three chambers, that is to say with diaphragms of anode and cathode, which however is not not necessary for many water applications, for example in cases where one simply wants soft water. During this last subsequent purification, the obstruction of the cathode diaphragms no longer occurs because the sludge-forming materials have already separated in the previous cells.
Instead of the three-chamber device, any other device suitable for this purpose can also be used for the final purification of the water.