DE2045723A1

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Publication number: DE2045723A1
Application number: DE19702045723
Authority: DE
Priority date: 1969-09-20
Filing date: 1970-09-16
Publication date: 1971-04-15
Also published as: NL7013820A; FR2062440A5

Description

- Dr. Werner Haiiler

PATE N TAN V/ALT ;

533 LÖDUNSCHEID Lüdenscheid, 14. September 1970 ,

Asenberg 3ό-Postfach 1704 _t- ^ <-?q ^n^ _3 ^!

! Anmelderin: Fa. Mitsubishi Petrochemical Company Limited, 5-2, Marunouehi, 2-chome, Chiyoda-ku,

Tokio-to, Japan

\ Elektrodialyseverfahren und Elektrodialysator zur

ι Durchführung . dieses Verfahrens

> Die Erfindung betrifft ein Elektrodialyseverfahren, wonach die :. Elektrodialyse einer Lösung in einem Elektrodialysator mit

■ zwei Elektroden sowie mit zwischen denselben in abwechselnder • Folge angeordneten Kationen- und Anionenaustauschermembranen j unter otromdurchgang zwischen den Elektroden erfolgt. to'eiter- \ hin betrifft die Erfindung einen Elektrodialysator zur Durch- '■■ führung dieses Verfahrens.

I Anwendungsgebiet der Erfindung ist eine Elektrodialysetechnik, ' wo die Dialyse eines Elektrolyten und die Desorption von an ; Membranen adsorbierten Stoffen gleichzeitig und außerdem konti-' nuierlich erfolgen.

; Die Elektrodialyse unter Verwendung von Ionenaustauschermemi branen nutzt die selektive Dialyse und w^Tänderung von Ionen S durch halbdurchlässige Membranen aus. Im einzelnen will man ! jeweils ionenverdünnte Lösungen aus Verdünnungszellen und ^:: iorienkonzentrierte Lösungen aus Konzentrationszellen abziehen, j die jeweils wechselweise durch eine große Anzahl von Kationen-

und Anionenaustauschermembranen voneinander abgeteilt sind. ^: Diese Membranen befinden sich zwischen zwei Elektroden, durch " welche ein Strom in einer festen Richtung geleitet wird. Da- ; mit läßt sich die Konzentration von Salzen, die Entminerali-I sierung oder Entsalzung von Lösungen in Flüssigkeiten wie \

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ORIGINAL INSPECTED

ί - 2 -

I wasser sowie die Abtrennung und Wiedergewinnung von Ionen durch-I führen.

■Wenn eine solche Elektrodialyse ausgeführt wird, werden Ionen j organischer Stoffe mit kleinem elektrolytischem Dissoziationsj.grad, Metallkomplexionen, Bakterien, kolloide Stoffe und andere ^:Stoffe an den .Ionenaustauschermembranen adsorbiert. Infolge-'dessen läßt sich auch ein Trennungseffekt für Ionen eines - schwachen Elektrolyten und für makromolekulare Anordnungen von !organischen Stoffen sowie für Metallionen erwarten. An den !Elektroden treten Oxidations- und Eeduktionsreaktionen auf.

iDie erfolgreiche Anwendung dieser Technik in einem kontinuier- ;liehen Betrieb unter Einspeisung elektrischer Energie läßt

i . , .,TT-ni. τ austauscher .

: sich nur mit Hilfe von IoneiMembranen verwirklichen. Damit j Jedoch der Betrieb in idealer Weise ausgeführt wird, müssen j die in dem Elektrolyten enthaltenen Ionen auf solche beschränkt ^:werden, die aufgrund ihres Zustandes ungehindert durch den ίchemischen Aufbau die Membranen durchdringen können.

! Im praktischen Betrieb treten jedoch verschiedene Arten von .' Ionen wie Ionen aus Makromolekülen, schwache Elektrolytionen, ' Ionen, die kristallisiert vorliegen und leicht an den Lembranen j hängenbleiben, Kolloide, andere organische und anorganische I Ionen, die leicht an den Membranen adsorbiert werden, innerhalb ! des zu verarbeitenden Elektrolyten auf. Wenn folglich die ] Elektrodialyse auf einen Elektrolyten mit Ionen des genannten ίZustandes durchgeführt wird, schreitet die Verunreinigung der ! Membranen fortgesetzt weiter. Dieses stellt eine wesentliche

Beeinträchtigung des Wirkungsgrades dar und setzt den Tren-¹ nungseffekt herab.

i Wenn ferner Stoffe wiedergewonnen werden sollen, die an Ionen-I austauschermembranen adsorbiert sind und dort festhaften, ist j eine Desorption dieser Stoffe notwendig, was eine ziemlich um- * ständliche Verfahrensweise erfordert.

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■Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens-'gangs, womit eine kontinuierliche Elektrodialyse ohne zeit-. liehe Verschlechterung des V/irkungsgrades möglich ist.

,Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine ^; gerade Anzahl von Dialysezellen zwischen den Membranen vorhanden ist, daß für die eine Stromflußrichtung zwischen den Elektroden jeweils die ungeradzahlig numerierten Zellen ionenver- . dünnte Losungen sowie die geradzahlig numerierten Zellen ' ionenkonzentrierte Lösungen abgeben, daß die Btromflußrichtung periodisch umgekehrt wird*und daß im wesentlichen gleichzeitig mit Umkehr der Stromflußrichtung die Strömungswege durch die

¹ Dialysezellen umgeschaltet werden, damit man ionenkonzentrierte bzw. ionenverdünnte Lösungen aus den ungeradzahligen bzw.

¹ geradzahlig numerierten Zellen erhält.

Iiach dem Verfahrensgang der Erfindung ist also lediglich eine j ', Umkehr der Stromrichtung und eine Umschaltung der Strömungswege

! ί

durch die Konzentrationszellen und die Verdünnungszellen not- > . wendig. ^:

In weiterer Ausbildung stellt die Erfindung einen Elektrodialysator mit zwei Elektroden zur Durchleitung eines elek- _: trischen- Stromes und mit einer Mehrzahl von Kationen- und • Änionenaustauschermembranen, die in abwechselnder Folge ' zwischen den Elektroden angeordnet sind,bereit, der dadurch : gekennzeichnet ist, daß zwischen den Membranen eine geradzahlige Anzahl von Dialysezellen vorhanden sind, aus denen je- ! weils ionenverdünnte und ionenkonzentrierte Lösungen aus den ', ungeradzahlig numerierten Zellen bzw. aus den geradzahlig : numerierten Zellen, jeweils bei der Numerierung ausgehend von

einer Elektrode, abgezogen werden, wenn der Stromfluß in der ' einen Richtung erfolgt, und daß¹eine Umschalteinrichtung inner-

■ halb des Elektrodialysators vorhanden ist, die eine periodische Umkehr der Stromflußrichtung ermöglicht, und einen

■ Steuerschieber zur im wesentlichen gleichzeitigen Umschaltung "^; der Strömungswege durch die Dialysezellen umfaßt, damit man

ibs'eTe/TeYcT

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.ionenkonzentrierte bzw. ionenverdünnte Lösungen jeweils aus den •ungeradzahligen bzw. den geradzahlig numerierten Zellen erhält .

Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform ^:unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, in der darstellen:

^; !'ig. 1 ein schematisches Bild eines Elektrodialysators,

wo verschiedene Bauelemente im Schnitt dargestellt s ind,und

Fig. 2 einen Schnitt der Umschalteinrichtung im entgegen- || ; gesetzten Schaltzustand der Fig. 1.

,,■Eine wichtige Maßnahme der Erfindung liegt darin, daß die Umkehr der Stromflußrichtung und die Umschaltung der Strömungswege zwischen den Verdühnungs- und Konzentrationszellen (und ι damit zwischen den Adsorptions- und Desorptionszellen sowie ;zwischen den Oxidations- und Heduktionszellen) gleichzeitig er- ;folgen. Durch Umschaltung mit einer konstanten Periode, z.B. in Abschnitten von einigen Stunden oder langer, kann man innerihalb eines einzigen Elektrodialysators gleichzeitig eine dialytische Verdünnung und Adsorptionsreinigung von Ionen so_ iwie eine dialytische Konzentration und Desorption von Ionen durchführen. Wenn nämlich zunächst innerhalb einer Dialyse- ψ 'zelle eine Ionenverdünnung durch Stromfluß in einer bestimmten ,Richtung erfolgt, stellt sich nach Umkehr der Stromrichtung in dieser Zelle eine Ion&nkonzentration ein.

ι A^renn die Stromflußrichtung derart umgekehrt wird, ist die Dei sorption von adsorb! er teiJL Verunre inigungs ionen von den Ionen-, austauschermembranen sehr leicht. Z.B. streben Makro-Kationen, ;die während der lonenverdünnungsperiode (der Entminerali- ^! sierungsperiode) an den Ionenaustauschermembranen der Verdünnungszelle adsorbiert sind, zu einer Ablösung von diesen Membranen, wenn die Stromflußrichtung umgekehrt wird. Gleich-. zeitig sammeln sich infolge der Umwandlung der 2IeIIe in eine

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^ßAD ORIGINAL

'Konzentrationszelle Anionen innerhalb derselben an. Dies be-1 deutet eine weitere Begünstigung der Auslösung von kakro- _Kationen. Die Auslösung der adsorbierten Makro-Kationen wird !weiterhin durch die Wanderungsbewegung der Mikro-Kationen •außerordentlich erleichtert, die dialysiert werden und aus der I benachbarten Dialysezelle herstammen. Die Verunreinigungskat-■ ionen, die sich in dem Membran bewegen, werden ebenfalls durch a diese kikro-Kationen ausgetrieben.

■ Die an die Elektroden anschließenden Dialysezellen sind je-,weils Kathodenzellen bzw. Anodenzellen. Die Flüssigkeit in •der Kathodenzelle wird alkalisch und neigb zu einer Ausfällung -und Adhäsion von kristallinen Kationen auf der Kathodenober- ; fläche. In der Anodenzelle besteht die Neigung von negativ ; geladenen Kolloidteilen, Kieselerde und dgl. zur Ausfällung

aus der sauren Zellenflüssigkeit und zum Anhaften an der Änoden-, Oberfläche. Da jedoch die Umkehr der Stromflußrichtung eine Vertauschung von Kathode und Anode bedingt, wird der Zustand der Elektrodenzellenflüssigkeit jeweils entsprechend zwischen ¹ alkalisch und sauer umgewandelt. Infolgedessen wird eine Aus- ' fällung und Abscheidung von Ionen der genannten Art auf den ,Elektroden verhindert, so daß die,Elektrodenflächen frei bleii ben und keine Störungen auftreten,
j

! Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die An-

; zahl der Verdünnungszellen und die Anzahl der Konzentrations-

¹ zellen gleich ist. Dadurch lassen sich konstante Be.triebsveri hältnisse hinsichtlich Durchflußgeschwindigkeit, Durchfluß-ί druck und Durchflußmenge in der Verdünnungszellengruppe und j der Konzentrationszellengruppe erhalten, wenn die Strömungs-I wege umgeschaltet werden. Die Anzahl der Verdünnungs- und Konzentrationszellen läßt sich dadurch gleich groß machen, ■ daß in einer Membrangruppe, bsw. in der Kationenaustauscher-

! membrangruppe eine Membran mehr als in der anderen Gruppe ; bspw. der Anionenaustauschermembrangruppe benutzt wird.

Die Umkehr der otromflußrichtung und die Umschaltung der

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Strömungswege brauchen nicht genau gleichzeitig erfolgen. Die

Arbeitsweise kann eine gleichzeitige, eine vorzeitige oder
ieine nachzeitige Umkehr der Stromflußrichtung gegenüber der

Umschaltung der otrömungswege vorsehen, indem man eine reriode
;ohne Stromfluß während der Umschaltung der otrömungswege in
■Abhängigkeit von der gewünschten Ausgangslösung vorsieht,
, also in Abhängigkeit davon ob eine anionenverdünnte Lösung

oder eine ionenkonzentrierte Lösung erhalten v/erden soll.

<Veiterhin muß man die zulässige Belastung der Stromquelle und
! der Versorgungsschaltung berücksichtigen. Denn wenn die ο bromi richtung plötzlich zusammen mit der Umschaltung des Strömungs- · iweges umgekehrt wird, kann ein Strom fließen, der den drei- ■ ι fachen oder noch mehrfachen Wert des Normalstromes hat.

i :

• Bei der Auswahl dieser Betriebsweise muß man berücksichtigen,

. daß eine Zeitdauer von einigen Sekunden bis zu mehreren Iviinu-

; ten notwendig ist, bis eine wässrige Lösung, die sich in einem _;

j stationären Zustand innerhalb des Dialysators befindet, konti- :

' nuierlich aus dem Dialysator abgeströmt ist, wenn die Strö- ^:

I mungswege umgeschaltet werden. - :

I Das Auftreten eines Zeitabschnitts, wo kein Strom während der
j Umschaltung der Strömungswege fließt, ist in den meisten Fällen i ; zweckmäßig, wenn große Geräte in technischem Maßstab benutzt ι j werden. Die Lösungsmengen,die sich in stationärem Zustand inner-. ! halb des Systems befinden, sind groß. V/enn bspw. eine Vielzahl ■ j von Dialysegeräten in Reihenschaltung benutzt werden, wird der j ι Stromfluß durch das erste Dialysegerät unterbrochen, solange i j noch ein bestimmter Lösungsanteil durchfließt. Dann erfolgt : j die Umschaltung der Strömungswege. Nach Ablauf einer weiteren j i Zeitspanne wird die Stromflußrichtung umgekehrt. Nach Durch- j i ι

, führung dieser Schaltvorgänge in dem ersten Dialysegerat werden j ■ diese Schaltvorgänge nacheinander in dem zweiten und weiteren , I Dialysegeräten in Abhängigkeit von den angewandten Durchfluß-•j geschwindigkeiten durchgeführt. ι

J . I

I '

\ Das Elektrodialyseverfahren nach der Erfindung kann mit Hilfe

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eines Elektrodialysators mit einer gleichen Anzahl von Ioneniverdünnungs- und Ionenkonzentrationszellen, einer damit ver- ; bundenen Umschalteinrichtung zur Umkehr der Stromflußrichtung, einer Schiebereinrichtung zur Umschaltung der Stromwege durch

■ die Ionenverdünnungs- und Ionenkonzentrationszellen und einer ' Koppeleinrichtung zwischen der Umschalteinrichtung und der

■ Schiebereinrichtung verwirklicht werden.

■ λin Ausführungsbeispiel eines solchen Elektrodialysators ist in der Zeichnung dargestellt.

; Fig. 1 zeigt den Schaltzustand der Anordnung, wo sich ein Zeit- - geber 33 im "Ein"-3chaltzustand befindet. Dabei wird eine Lö- ^: sung verarbeitet, die aus einem Einlauftank 1 durch ein öteuer-' ventil A mit einem Zylindergehäuse 6 und einem Schieberkolben

B inform eines Schieberkörpers 32 sowie durch Durchgänge 24, !34, 37, 27 strömt und in geteilten Strömungskanälen durch ¹ Dialysezellen 17, 19 und 21 fließt, wo die Ionen in der Lösung ¹ verdünnt, also entfernt oder verringert werden. Die verdünnte ; Lösung vaird dann in einem Sammelstutzen gesammelt. Sie fließt | ; durch Durchgänge 28, 38, 4-1, 31, 58, 59 und strömt kontinuier- _:

lieh aus dem Gerät heraus. \ :

i Eine Lösung aus einem Tank 2 oder über ein Ventil 62 aus dem !

I Tank. 1 strömt durch Durchgänge 26, 36, 35, 25 und fließt in i

¹ geteilten Strömungskanälen durch die Dialysezellen 18, 20, 22, j

wo die Ionen in der Lösung konzentriert werden; die ionenkon- j

: zentrierte Lösung wird im oberen Sammelstutzen gesammelt. |)ann j

, fließt die Lösung durch die Durchgänge 30, 40, 38, 29 und e^Lne '

i Pumpe 56, sowie die Elektrodenzellen 16 und 23 in die Tanks' j

3 und 4 für die Lösung aus den Elektrodenzellen. Ein. Teil ^ '

dieser Lösungen fließt in den Tank 2 zurück; der Rest fließt { '

über ein Ventil 21 als ionenkonzentrierte Lösung aus dem \ ;

System heraus. {

Im Oberteil des Schieberkolbens B ist ein Schalter zur Umkehr ! der Stromflußrichtung vorgesehen. Eine Gleichspannung mit den

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Polaritäten + und - liegt an den Anschlußklemmen 46 und 45 der Seitenwand, des Gehäuses 6 an. Der elektrische Strom fließt

^: von der Anschlußklemme 46 über einen Konakt 52, einen Kontakt 25 und eine Anschlußklemme 48 zu einer Elektrode 15 an einem Lnde des Dialysegefäßes 5> das die genannten Elektrodenzellen und Dialysezellen enthält. Der Strom fließt weiter durch das Dialysegefäß zu der gegenüberliegenden Elektrode 7· 2er Strom-

. rückfluß erfolgt von der Elektrode 7 durch eine Anschlußklemme ' 47 im Zylindergehäuse 6, einen Kontakt 54 und einen·Kontakt ^5, womit der Gleichstromkreis geschlossen ist.

^: Der Innenraum des Dialysegefäßes 5 ist durch Kationenaustauscher- w . membranen 8, 10, 12 und 14 sowie Anionenaustauschermembranen

: 9, 11, 13 unterteilt, welche in abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind. Entsprechend erfolgt eine dialytische Trennung der Ionen innerhalb des Dialysegefäßes 5· Ionen in den Dialysezellen 17, 19, 21 wandern in die jeweils benachbarten Zellen, so daß eine lonenverdünnung auftritt. Andererseits bewirken

; Ionen, die aus Hachbarzellen in die Dialysezellen 18, 20, 22 eindringen, einen Anstieg der Ionenkonzentration. Der Inhalt der Elektrodenzelle 16 wird infolge des Einflusses von "+"- ;

; Ionen alkalisch, der Inhalt der Elektrodenzelle 2J infolge des Ausflusses von "+"-Ionen sauer.

Solanp^e die beschriebene Flüssigkeitsströmung und der Strom-. fluß ununterbrochen andauern, werden [jeweils eine ionenverdünnte Losung und eine ionenkonzentrierte Lösung über die Ventile 59 und 61 abgezogen.

«Venn die wässrige Lösung aus dem Einlauf tank 1 Ionen enthält, deren Dialyse schwierig ist, bspw. Ionen eines schwachen Elektrolyten, Ionen, die infolge eines Kristallisationszustandes leicht zur Adhäsion neigen, kolloide und andere Ionen, die sich leicht an der ivlembranoberflache festsetzen, setzen sich die positiv geladenen Ionen unter denselben an der Kationenaustauschermembrane einer jeden Ionenverdünnungszelle : fest, wogegen sich die negativ geladenen Ionen an der Anionen-

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ausfcauschermembrane einer jeden Verdünnungszelle festsetzen,
i solange die Lösung durchströmt. Weil die Membranen einen porö-
! :ien Aufbau haben, dringt weiterhin ein Teil dieser Ionen in
, die Membranen ein, wenn die Dialyse fortschreitet. Dadurch
istellt sich eine Verstopfung der Membranen ein.

»Venn die Membranen in diesen Zustand kommen, steigt der elektrische Widerstand an, so daß der Stromdurchgang verringert
j wird. Die Stromausbeute der Dialyse fällt ab. Außerdem veri ringert sich der Wirkungsgrad der dialytischen Trennung, so
; daß sowohl die Ionenverdünnung als auch die Ionenkonzentration
¹ verschlechtert werden. Wenn man den Stromdurchgang durch das

System durch Erhöhung der anliegenden Spannung vergrößern will, [ , solange sich die Membranen in diesem Zustand befinden, be- , ; steht die Gefahr einer Verformung und Schädigung der Lembranen ·, _; aufgrund des dialytischen Drucks der Ionen.

' 1

: S

i «Venn sich dieser Zustand einstellt oder noch besser bevor dieser! ; Zustand auftritt, werden die Stromflußrichtung umgekehrt und

die Strömungswege umgeschaltet. Dadurch werden die Ionenver- j

] dünnungszellen und die Ionenkonzentrationszellen vertauscht. \

• Stoffe die an den Wänden einer früheren Ionenverdünnungszelle '

¹ adsorbiert sind,werden nunmehr desorbiert und in die ionenkon- Ϊ

: zentrierte Lösung abgegeben, da diese Zelle nunmehr eine i

i lonenkonzentrationszelle ist. IT ach Umschaltung des Strömungs- i

- weges wird andererseits jede lonenkonzentrationszelle in eine ;

i Ionenverdünnungszelle umgewandelt, so daß eine ionenverdünnte ■ Lösung kontinuierlich am Ventil 29 am Auslaß des Sammelkanals | der Ionenverdünnungszellen abgezogen werden kann. Die Umschal- j tung des Strömungsweges und die Umkehr der Stromflußrichtung j werden ausgelöst, wenn der Zeitgeber 33 in seine "Aus"-Stel- ί lung umgeschaltet wird. Wenn nämlich ein durch die Spule
eines Elektromagneten 42 fließender Strom abgeschaltet wird,
hört die Anziehungskraft auf den Eisenkern 44 am Oberende des
Schieberkolbens 42 auf. Infolgedessen drückt eine Feder 43»
die eine nach unten wirkende Druckkraft für den Schieberkolben
B liefert, denselben nach unten, bis der in Fig. 2 dargestellte

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- ίο -

,Zustand innerhalb des Zylindergehäuses-6 erreicht isb.

: .'venri sich das Steuerventil A in diesem Zustand befindet, ist der Strömungsweg von dem Einlauftank 1 umgeschaltet und führt ι über die Durchgänge 24, 35» 36, 25, so daß die wässrige Lösung die Dialysezellen 18, 20 und 22 erreicht, die voher lonenkonzentrationszellen waren. Die Lösung fließt dann weiter über die Sammelleitung, durch die zuvor die ionenkonzentrierte Lösung geströmt ist, und erreicht den Einlaß 30 des Steuerventils λ. Der Durchfluß erfolgt durch die Durchgänge 30, -4-1, 41a und 31» so daß die Lösung über das Ventil 59 aus der Sammelleitung für die ionenverdünnte Lösung ausströmt. .

Gleichzeitig mit der genannten Umschaltung des Strömungsweges wird auch der elektrische Stromkreis umgekehrt, so daß der Stromkreis von der "+"-Anschlußklemme 46 über den Kontakt 50, den Kontakt 53» die Anschlußklemme 47, die Elektrode 7» das Dialysegefäß 5, die Elektrode 15» die Anschlußklemme 48, den Kontakt 5^ und den Kontakt 49 zur "-"-Anschlußklemme 45 reicht. Damit ist die Stromflußrichtung innerhalb des Dialysegefäßes 5 gegenüber dem früheren Zustand umgekehrt. Infolgedessen sind · die Dialysezellen 18, 20 und 22, die zuvor Ionenkonzentrations- ; zellen waren, nunmehr Ionenverdünnungszellen. Die durch das · Ventil 59 ausströmende Lösung ist jedoch immer noch eine ionen- < verdünnte'Lösung, da der Strömungsweg entsprechend umgeschaltet ' ist. Nach Durchführung der genannten Umschaltung des Strömungs- . weges hat der Strömungsweg der ionenkonzentrierten Lösung ^! folgenden Verlauf: 2-26, 37-37a-27-(17, 19, 21)-28 - 39 - 40 - : 29 - 56 - (16 - 3,23 - 4) - (2-, 61 -, wo die ßezugsziffern , jeweils die entsprechenden Strömungsabschnitte angeben. Ent- i sprechend sind die Dialysezellen 17» 19 und 21, die zuvor _; lonenverdünnungszellen waren nunmehr Ionenkonzentrationszellen.

Bei der technischen Verwirklichung des Verfahrens nach der Erfindung, das oben in seiner Grundform erläutert ist, sind die folgenden Abwandlungen und Erweiterungen möglich, die nunmehr beispielsweise aufgeführt sind.

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1. liormalerweise läiit man im Betrieb eines Elektrodialysators auch durch die Elektrodenzellen eine Lösung strömen. Zusätzlich zur Umschaltung des otrömungsweges in den Ionenverdünnungs-

■ und lonenkorizentrationszellen, die jeweils auf beiden Seiten durch lonenaustauschermembranen abgeschlossen sind, kann man

• auch den otrömungsweg durch die Elektrodenzellen umschalten. .Veil nämlich zwei Elektroden für jede Gruppe von Verdünnungszellen und Konzentrationszellen vorgesehen sind, sind auch zwei Elektrodenzellen vorhanden. Da die Anzahl der Ionenaustauscher membrane η einer Art die Anzahl der lonenaustauschermembranen der andern Art wm eine übersteigt, stehen jeder

,elektrode lonenaustauschermembranen.gleicher Art gegenüber.

, ..'enn deshalb Ionen einer Art, bspw. Kationen, infolge der j selektiven Durchlässigkeit der abschließenden Ionenaustauscher- , membran einer Elektrodenzelle ausströmen können, wird das Einströmen von Ionen der andern Art, nämlJch Anionen, unterdrückt. ; Infolgedessen tritt eine Verdünnung der Ionen der ersten Art j also Kationen auf. Gleichzeitig ist in der anderen Elektroden- j

. zelle das Einströmen der oben genannten ausströmenden Ionen \ : nämlich Kationen möglich, während das Auslaufen von Ionen der anderen Art, nämlich Anionen verhindert ist. Infolgedessen j ergibt sich eine Auffüllung der Konzentration der Kationen. j

. Eine vorteilhafte Betriebsweise nach der Erfindung liegt darin, j daii die Elektrodenzellen mit einer Verdünnungs- bzw. Konzentrationswirkung jeweils als Verdünnungs- und Konzentrations- | seilen betrachtet werden. Die Umschaltung des Strömungsweges j v;ird gekoppelt oder gleichzeitig mit der Umschaltung des I

: otrömungs-weges durch die Verdünnungs- und Konzentrationszellen i

durchgeführt, die lonenaustauschermembranen an gegenüberlie- j

senden oeitenflachen haben. ί

2. Unmittelbar nach der Umschaltung des Ütrömungsweges und der ' Umkehr der JtromfluErichtung kann eine momentane Erniedrigung

der !!einheit der ionenverdünnten lösung auftreten, weil ein ' Anteil der ionenkonzentrierten Lösung, die als Rest innerhalb

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des Dialysegefäßes vorhanden ist, beigemischt wird und weil
'diese Mischung zum Ausgang für die ionenverdünnte Lösung ver?-

, bracht wird. Ein bevorzugtes Verfahren zur Ausschaltung dieser j

Verringerung der Reinheit der entionisierten Lösung wird im
• ' Einbau von Elektroden 58 und 58a zur Messung des elektrischen

Vviderstand.es der Strömung der entionisierten Lösung gesehen. j Die Meßwerte dieser Elektroden dienen zur Steuerung der Ventile j 59 und 60. Nämlich bei Erregung eines Relais 57 durch einen . ,

: zwischen den Elektroden 58 und 58a fließenden "Wechselstrom
wird das Ventil 60 bspw. mittels einer Betätigungsspule ge- j , öffnet. Dies entspricht einem Anstieg der Ionenkonzentration '■ ; in der zwischen den Elektroden 58 und 58a durchfließenden ; Lösung, wo der elektrische Widerstand der Lösung abnimmt. ■ P ι Gleichzeitig wird das Ventil 59 abgesperrt, so daß die Lösung
mit verringerter Reinheit nicht zu der entionisierten Lösung
fließt, sondern vielmehr durch eine Pumpe 56 auf die ionen- i

_: konzentrierte Seite befördert wird. '

, «Venn auch das Ventil 59 jeweils nur kurzperiodisch geschlossen
: ist, ist ein Vorratsbehälter mit gereinigtem wasser in Ver- j ' bindung mit dem Ventil 59 angeordnet, wenn eine kontinuierliche ' ^; Abgabe von gereinigtem wasser erforderlich ist. Infolgedessen > kann die Abgabe der Lösung auch während der Schließzeit des ;

Ventils 59 kontinuierlich erfolgen. '

3· In dem Beispiel der Fig. 1 hängt die Erzeugung von periodischen Signalen zur Umschaltung des Strömungsweges und zur
Umkehr der Stromflußrichtung von dem Zeitgeber 33 ab. Die
Periodendauer ist unter Berücksichtigung der Einstellung der
. Ausgangslösung und des Behandlungszweckes festgelegt. Normaler- ·' ' weise ist die Periodendauer auf einige Stunden oder eine ' . längere Zeitdauer eingestellt.

In manschen Fällen ist jedoch eine feste Periodendauer uner-
: wünscht, bspw. wenn sich der Zustand der Rohlösung sehr stark
' zeitlich ändert. In solchen Fällen greift man vorzugsweise zu
: einer Betriebsweise, wo das Relais 57 TJnd der Zeitgeber 33

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miteinander kombiniert sind, so daß die Änderung der .Reinheit der ionenverdünnten Lösung während einer kontinuierlichen Betriebsperiode ein Signal liefert, das die Umschaltfunktion auslöst. Der Wirkungsgrad der Membranoberflachen nimmt nämlich nach der Umschaltung des Strömungsweges allmählich fortschreitend ab. Damit wird gleichzeitig der elektrische Widerstand • der ionenverdünnten Lösung kleiner. Der Zeitgeber 33 ist so

■ eingerichtet, daß er in Abhängigkeit von demjenigen Zeitpunkt ι arbeitet, wo diese Abnahme des elektrischen Widerstandes be-' ginnt. Dadurch wird dann die Umschaltung des Strömungsweges ■ . und die Umkehr der Stromflußrichtung ausgelöst. j

I .4·. Bei Beginn der Umschaltung des Strömungsweges und der Um- j

■ kehr der Stromflußrichtung nimmt der elektrische .Viderstand ; ! durch das Dialysegefäß ab, so daß die Möglichkeit besteht, daß ■

1 - I

der Anfangsstrom im Zeitpunkt der Umkehr der Stromrichtung j oder unmittelbar nach Anlegen eines Stromes ungewöhnlich groß ; wird. Zur Ausschaltung dieser Möglichkeit ist es zweckmäßig, !

so ι

eine Strombegrenzerschaltung derart vorzusehen,^ daß während j einer Zei-tperiode von der Einschaltung des Stromflusses bis ·

! ■ j

i zum Erreichen eines Normalwerte's die Gleichspannung allmählich ! • den Normalwert erreicht. Diese Zeitdauer liegt in der Größe \ einiger 10 Sekunden bis zu einigen Minuten.

! Für diesen Zweck sieht man einen Schaltkreis vor, der die j Ausgangsgleichspannung des Zeitgebers während einer Umschaltung ; allmählich bis zum Kormalwert ansteigen läßt. Ein Beispiel ι < einer solchen Schaltung ist eine Relaisanordnung zur stufen- '

weisen Anhebung der Eingangswechselspannung eines Gleichrich- ! ters für eine Vers orgungs schaltung. In abgewandelter »Veise j kann man auch eine Schaltung verwenden, wodurch eine Spannungs- . ; änderung in Abhängigkeit von der Änderung der Größe des ; Gleichstromes auf der Ausgangsseite automatisch erfolgt. Damit wird Strom auf der Ausgangsseite kontinuierlich innerhalb >

. bestimmter Grenzwerte gehalten. j

5· Unter Ausnutzung der Strömungsanordnung gemäß Fig. 1 wird i

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I die ionenkonzentrierte Lösung fortgesetzt zur Erhöhung der j Ionenkonzentration und zur Desorption und Auslosung von ^; Stoffen benutzt, die an den Membrandberflächen adsorbiert : sind. Dadurch erhält man eine Funktion mit hohem wirkungsgrad.

j Da jedoch eine große Anzahl von Stoffen infolge der Desorption und Auslösung in der elektrolytisGhen Losung mit hoher lonen- - konzentration enthalten sind, bilden sich in der Lösung koagu- » lierte Ansammlungen, die flockenbildender Art sind und zur Ausfällung neigen. Dieses stellt sich dann ein, wenn wahrend des Umlaufs der Lösung Bedingungen wie eine Schwankung des pH- ; Wertes auftreten. Die Einleitung einer solchen Lösung mit i koagulierten Ansammlungen in den schmalen Strömungsweg des ' Dialysefäßes ist außerordentlich unzweckmäßig, da dies zu einem Anstieg des Strömungswiderstandes und zu anderen nachteiligen I Zuständen führt. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten muß man in manchen Fällen eine Einrichtung zur Verhinderung oder Ausschaltung des Ausflusses von Stoffen vorsehen, die sich in ! dem ionenkonzentrierten Tank absetzen, kan kann auch Filteranordnungen zur Abtrennung von Festteilchen einrichten, die an Stellen sich gebildet haben, wo der pH-.Vert schwankt.

' 6. Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel zur gleich-

■ zeitigen Umschaltung der Strömungswege und Umkehr der Strom- i flußrichtung. Bei der Verwirklichung der Erfindung wird die I Betriebsweise entsprechend dem Verfahrenszweck und den Ver-. fahrensbedingungen ausgewählt. Die Anordnung und Kombination : der Strömungswege wird ebenfalls entsprechend gewählt. Bei-, spiele für die Betriebsweise sind folgende:

j a) Eine Zeitverzögerung der notwendigen Größe ist zwischen der Umschaltung des Strömungsweges und der Umkehr der Stromflußrichtung vorgesehen.

! b) Die Anzahl der Strömungswege wird Je nach Bedarf vergrößert I oder verringert. Die Zusammenschaltung der üeräteteile, ^! also die Zuordnung und Verbindung von Einzelelementen wird ; entsprechend· geändert.

■ c) Verschiedene elektromagnetische Ventile werden bei Umkehr

j der Stromflußrichtung betätigt, so daß sich eine Kopplungs-

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beziefrung ergibt.

d) Anstelle eines doppeltwirkenden Schieberventils nach der Zeichnung kann eine Kombination eines Drehschalters und eines Drehschiebers benutzt werden.

7"· Bei der Entmineralisierung und Reinigung einer Lösung einer ! organischen Substanz (bspw. der Entsalzung und Reinigung einer . Zuckerlösung oder der Entfernung eines Elektrolyten aus Stoffen ι wie enzymatischen Stoffen, amphoteren Stoffen, organischen Chemikalien und elektrophoretischen Farbstoffen) sind bspw. . die Bohrleitungen so ausgelegt, daß sich wasser nicht leicht mit der Behandlungslösung vermischen kann. Ein Waschwasserkreislauf ist vorhanden, indem gesondert ein Frischwassertank zur Zufuhr von a'aschwasser während der Umschaltperiode aufgestellt ist. In Abhängigkeit von einer Spannungs- Belastungseinrichtung oder einer Steuereinrichtung für den Dialysator findet ein Verfahren zur Steuerung des pH-Wertes und der ι lonenkonzentration der Behandlungslösung Anwendung, damit \ diese Größen innerhalb eines festgelegten Bereiches gehalten ; werden können. Kit Hilfe dieser Vorkehrungen lassen sich im \ praktischen Betrieb sehr gute· Ergebnisse erzielen.

\ 8. Zwischen zwei Elektroden ist ein ziemlich hoher elektrischer . vViderstand vorhanden. Wenn die Strömungswege der Elektroden-■ zellenlösung, der ionenkonzentrierten Lösung und der ionenverdünnten Lösung miteinander verbunden sind, erhält man in manchen Fällen einen elektrischen Stromkreis mit geringerem ; Gesamtwiderstand als dieser vorgesehene Widerstand zwischen den Elektroden, so daß ein elektrischer Kurzschluß auftritt.

Die Lösung der ülektrodenzelle ist nämlich eine Lösung, die· · eine starke Säure oder eine starke Base enthält, und ebenso j ist die lonenkonzentration in der Lösung der Ionenkonzentratiorisf zellen hoch. Folglich ist die elektrische Leitfähigkeit einer J

Jeden Lesung im allgemeinen höher als auf dem Stromweg zwischen ! zwei Elektroden. Wenn deshalb die Lösung einer Elektrodenzelle I mit der Lesung der anderen Elektrodenzelle oder der Lösung j

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einer Ionenkonzentrationszelle* unmittelbar Verbindung hat, tritt 'ein Kurzschlußstrom innerhalb des Strömungsweges zwischen den miteinander in Verbindung stehenden Lösungen auf.

'Infolge des vergleichsweise hohen elektrischen Widerstandes • zwischen den Elektroden hat die anliegende Spannung einen ziemlich hohen »Vert.^: Dadurch sammelt sich infolge der Elektrolyse eine erhebliche Gasmenge innerhalb der Lösung der Elektroden_r · 'zelle an. Folglich muß man einen isolierenden Abschnitt inner-¹ halb des Stromweges vorsehen, in dem kein Kurzschlußstrom mög- ! lieh ist, damit ein Fließen desselben verhindert wird. Außerdem . . ist eine Einrichtung zur Entladung des genannten Gases inner- . ■ halb der Lösung der Elektrodenzelle zweckmäßig. ■

I j

Zur Ausschaltung eines Kurzschlusses muß man einen kontinuier- : : liehen Übergang der miteinander in Verbindung stehenden Lö- ■ ^: sungen in einem Zwischenpunkt des Strömungsweges verhindern. ; Dafür kann man bspw. eine Zerstäubung der miteinander in Ver- ; bindung stehenden Lösungen in einem bestimmten Punkt des Strö- < mungsweges zwischen der Zustromseite und der Abstromseite vor- , sehen. Die Zerstäubung kann bspw. in einem Gefäß mit elektrisch ; isolierenden rtänden erfolgen, das in den Strömungsweg eingefügt , ist. Dort wird die Lösung kopfseitig eingeleitet und im oberen _: ^: Bereich des Gefäßes Verstäubt. Die am Fuß des Gefäßes gesammelte Lösung wird durch einen fußseitigen Auslauf ausgelassen.

Zur Abscheidung des in der Lösung enthaltenen Gases kann man eine Arbeitsweise anwenden, wonach der Oberteil des genannten Zerstäubungsgefäßes mit der Atmosphäre in Verbindung steht. : Eine abgewandelte Technik besteht darin, daß man den Oberteil . des Gefäßes mit einer Gasabzugseinrichtung verbindet.

Die Tanks 3 und 4 für die Elektrodenlösung sind Einrichtungen, die die genannten Aufgaben der Isolation und der Gasabtrennung erfüllen. Diese Tanks haben Gefäßkörper 3a und 4a aus einem elektrischen Isolierstoff, die Schwimmer 3b und 4b ent-

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halten. Wenn sich die Elektrodenlösung in einem jeden Gefäß an-¹ sammelt, bewegt sich der jeweilige Schwimmer nach oben und
ι wird schließlich gegen eine Auslaßöffnung 3c bzw. 4c im Kopf-
; bereich des Gefäßes gepreßt,. wodurch die Auslaßöffnung abge-' schlossen wird. Die Lösung der Elektrodenzelle wird in jeden
j Tank 3 bzw. 4 durch eine öffnung im Oberteil eingeleitet und
innerhalb des Tanks zerstäubt. Dabei kommt das in der Lösung
enthaltene Gas frei. Nach der Zerstäubung sammelt sich die
Lösung im Bodenbereich des Gefäßes an. Der Druck, unter dem
^: die Lösung in jedes Gefäß eintritt, überträgt sich auf die Ab-I laufseite infolge des Gasdrucks innerhalb des Gefäßes. Das
* öffnen und Schließen der Auslaßöffnungen 3c und 4c erfolgt

durch Anheben und Sinken des Flüssigkeitspegels 3d und 4d
: innerhalb der Tanks.

t :

9- fl«an kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine ' ; Ausgangslösung verwenden, mit der zuvor bereits eine Ionenaus-

^! tauschbehandlung durchgeführt wurde. Eine solche Vorbehandlung ι

ist jedoch nicht zwingend. ■

. Indem man bspw. eine Ausgangslösung durch ein Mischbett aus
; einem körnigen Kationenaustauscherharz in stark alkalischer
■ Form (Na- und K-Salzform) und ein körniges Anionenaustauscher- · harz in OH-Form fließen läßt, kann man zunächst Ionen ausziehen,

die sich innerhalb der Ausgangslösung leicht abscheiden, z.B.

; Ga, Mg, organische Eisenverbindungen und deren Salze. Ein \

; Mischbett dieser Art läßt sich mit Hilfe der starken Säure, j

! die in der Anodenzelle entsteht, und der starken Lauge, die in !

, der Kathodenzelle entsteht, regenerieren. !

I I

Der Elektrodialysator zur Ausführung des Verfahrens nach der ι

' Erfindung unterscheidet sich nicht wesentlich von einem be- ]

kannten üialysator, abgesehen davon, daß die Anzahl der Ionen- ■

j verdünnungszellen und die Anzahl der lonenkonzentrationszellen ·

! gleich ist. Vorzugsweise verwendet man jedoch Membranen, die \

; j

j durch Dispersion von Ionenaustauscherstoffen in Polypropylen j ι hergestellt sind, wie dies in der am 6. Mai 1970 herausgegebenen;

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i ■ '

deutschen Offenlegungsschrift 1 954 364 erläutert ist. _;

i ·

^Vorzuziehen sind Elektroden gemäß der japanischen Veröffent- |

lichungsschrift 29 747/64, wonach ein Metalldrahtgitter in '

'eine Folie aus einem elektrisch leitenden Stoff eingefügt ist, !

j der durch Dispersion von Kohlenstoffpulver in einem Polyolefin ι insbesondere einem Polypropylen hergestellt ist. Eine Elektroden!, folie dieser Art ist sehr dünn und ausreichend fest, ebenso

wie die genannten Ionenaustauschermembranen. Infolgedessen \ kan'n die Elektrode ein tragendes Element der Elektrodenzelle

bilden. Eine Elektrodenzelle kann mit Hilfe einer Elektroden- j

¹ folie und einer Ionenaustauschermembran der genannten Art so- ;

; wie einem Abstandselement dazwischen aufgebaut werden. ^!

• Bei der Entsalzung und Konzentration von wässrigen Salzlösungen '

■ ist das Verfahren nach der Erfindung sehr brachbar, wenn man ;

ι ein Elektrodialysegefäß benutzt, in dem lonenaustauschermem- i

! branen zur vViedergewinnung bestimmter Ionen und zur Behandlung ;

' von Elektrolytlösungen benutzt werden. Beispiele solcher An- ^;

j Wendungen sind dieNaßreinigung von Metallen, die Behandlung ^: ; von Losungen zur Metallplattierung, die Rückgewinnung von

; Edelmetallen, die Herstellung von Säuren und Basen durch i

j Zerlegung mit Hilfe von Membranen, die Oxidation und Reduktion '

^! organischer Verbindungen durch die elektrolytische Zerlegung ;

j mit Hilfe von Membranen, die Rückgewinnung von Katalysatoren. ,

ι ' Zur Erläuterung· der Erfindung dienen die folgenden Einzelbei- ;

! spiele. '

i Beispieli ·

! Die Herstellung von reinem, entionisiertem 7/asser aus Aus- , . gangswasser mit vergleichsweise hoher Reinheit. I

ί ί

• Damit man ein reines Wasser mit einer Ionenkonzentration unter ι

-' 10 ppm und mit einem elektrischen Widerstand größer als

; 10 ■ >'£- x cm aus einem Ausgangswasser mit einer Ionenkonzentra- ^:

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""'" ORiQlUAL

• tion zwischen 100 und 200 ppm'(bezogen auf CaCO^) erhält, muß man eine spannung anlegen, die im Verhältnis zu dem Dialyse-

; strom sehr hoch ist. Deshalb haftet ein auch nur in geringer luenge als Verunreinigung in der Lösung vorhandener organischer otoff fest an den kembranen. Man erreicht nur unter »Schwierigkeiten eine hohe Reinheit des zugeführten Hassers, wenn im kontinuierlichen Betrieb eine lange Betriebsdauer zur Einwendung kommt. Kach der Erfindung kann man entionisiertes «Vasser mit hoher Reinheit unter den folgenden Betriebsbedingungen konti- ! nuierlich herstellen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

* I

.Gerät: Ein Dialysegefäß mit Ionenaustauschermembranen, die je- !

weils eine Lembranflache von 32 dm haben. !

• Ausgangswasser: Spezifischer elektrischer widerstand

^: 1,6 χ 10 JZx cm, GOD = 3-4- ppm (COD = chemical oxygen demand = oauerstoffaquxvalent für die Bestimmung des Gehalts

• organischer Stoffe).

" Verfahrensbedingungen: Durchflußmenge bei der Behandlung = ; 15 - 50 l/h, elektrischer Strom =1,3 A/40V (Anfangswert) bis , 2,8 Λ/Ί20 V (Endwert).

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- 20 Tabelle

Umschaltperiode des

GO D-Aus zugsgrad

lonenkonzentration im Produkt w as sei (!■(.einheit)

Anstieg des elektrischer Widerstandes der ivlembranoberflache

Leistungsfähigkeit bei Umkehr (.Regenerationsverhalten)

keine Umschaltung des Strömungsweges und keine Umkehr der otromflußrichtung

(keine)

90-75 %-Auszug anfängl. mögl., dann fällt der Auszugsgrad nach mehr als 50 h und erreicht 10-0 % nach mehr als 200 h

der widerstand steigt anfängl auf 30x1O^ JZ x cm, doch erreicht man dann (10-5)x 10^ JZx cm entspr. dem Abfall des COD-Auszugsgrades. Der Auszug der Ionen eines schwachen Elektrolyten ist besonders schwierig

Anfangswert: 1,3 A/40 V, 2,0 A/80 V, 2,8/120 V nach mehr als 200 h: 0,4 A/ 40 V, 0,7 A/80 V, 0,9A/120 V

itegenerationsgrad von weniger als 30■% bei Umkehr der Strom flußrichtung und chemischer Reinigung, wenn eine Verunreinigung nach einem Dauerbetrieb von mehr als 600 h vorliegt, ohne daß dabei eine Umschaltung erfolgt ist. Umschaltung des otrc mungsweges und Umkehr d.ütromf lußrichj.,'

jeweils'ΊΟ h

90 - 75 %

Gleichmäßig

30 x 10^ JIx cm

Weniger als 5 % Schwankung entspr. der Umschaltperiode des ßtrömungsweges

keine Änderung der Leistungsfähigkeit nach mehr als 4 IvJonaten bei kontinuierlichem .betrieb· Der elektrische Widerstand steigt nach etwa 1 Jahr um 15 7°' ^ine Regenerierung ist durch chemische Reinigung und dgl. leicht möglich.

; Beispiel

: Herstellung von entsalztem Wasser aus einem Ausgangswasser von • vergleichsweise geringer Reinheit.

1098 1 u/1850 ^BAD origi_Nal

Bei der Entsalzung einer Ausgangslösung mit einer Ionenkonzen- j ■ tration von etwa 1 000 ppm steigen auch die Anteile von Verun- j

, reinigungen, so daß deren Einfluß zunimmt. Bei Anwendung der . j • Erfindung steigt jedoch auch die Ionenkonzentration der Abwas- j 5 serlösung der Ionenkonzentrationskammer bei Umkehr der Strom- i . flußrichtung, so daß die Reinigungswirkung hinsichtlich dieser j Verunreinigungen zunimmt. Dieses wird durch die folgenden Meß- j

ι werte bestätigt. j

; Gerät: Dialysegefäß mit Membranen von 25 dm . Man wendet einen J

: Kreislauf der Elektrodenlösung an. ϊ

j Ausgangslösung: Ionenkonzentration, bezogen auf CaGO;, = 800 , j ■ bis 600 ppm, COD = 20 ppm oder mehr. ;

Verfahrensbedingungen: Durchflußmenge 5 *>is 10 l/h, elektrischer;

3trom = 2 A/20 V bis 3,5 A/40 V. I

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- 22 Tabelle* 2

keine Umschaltung des Strömungsweges und keine Umkehr der Stromflußrichtung

Umschaltperi-j
ode des Strö-!
mungsweges

(keine)

Umschaltung d.Strö- ' mungsweges u.Umkehr d. Stromflußricht.

jeweils 8 h

. CQD-Aus zugsgrad

90-70 % Auszug ist mit einer Zwischenfilterung anfänglich möglich, doch fällt d.Auszugsgrad fortgesetzt im Verlauf von wenigen h, ein Auszug wird nach etwa 20-30 h unmöglich

! lonenkonzen-■tration im
. Produktwasse
(Reinheit)

Anstieg des
elektrischen
Widerstandes
j der Membrani Oberfläche

4· r»

Anfangswert etwa 20x10 ot-

x cm, Abfall auf weniger als 5-1 χ 10^()lx cm entspr. dem Abfall des GOD-Auszugsgrades

am Anfang: 2A/20V, 3,5A/40V, nach 50 h: 0,5A/20V, 0,8A/ 40V

90-80 i'o Auszug im Dauerbetrieb bei gleichbleibenden Verfahrensbedingungen

Gleichbleibend ,auf 30 - 25 χ 10^ JL

χ cm

weniger als 10 % Schwankung entspr. der Umschaltperiode des Strömungsweges

; beeinflussung
\ j der Elektro-

; denoberfIa-

! chen

Kathode: Verunreinigung durch Ausfällung weißer Kristalle Anode: Verunreinigung und teilweise Erosion nur geringe Veränderung nach einer Betriebsdauer von etwa 500 h

Regeneration
verhalten

Regeneration durch chemische Reinigung schwierig. Leichte Verformung der Membran infolge des Dialysedrucks der Ionen

15 % Anstieg des elektrischen «Viderstandes nach 6 Monaten Dauerbetrieb. Vollständige Regeneration durch Anleger eines Stromes während 3 Ii beim Durchfluß einer 2 /oigen Säure und einer verdünnten Lauge.

; Beispiel 3

• Entsalzung und Reinigung einer Lösung von organischen 3ub-

■' stanzen.

: Die elektrodialytische Entmineralisierung zur Entfernung

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anorganischer -Elektrolytionen ''aus einer Zuckerausgangslösung eines Stoffes bspw. eines Gärungsstoffes oder eines enzymatischen »Stoffes zwecks Reinigung ist ein sehr wirksames Ver-

■ fahren zur Einstellung des pH-Wertes des zu behandelnden Stoffes. Denn dabei sind nachteilige Einflüsse wie ein Abbau des organischen Stoffes oder eine Entaktivierung der Enzyme

, vorhanden. Trotz dieser Wirksamkeit der elektrodialytischen Entsalzung stellt sich im praktischen Betrieb ein starker Ab- · fall des dialytischen Wirkungsgrades infolge von Verunreinigung der Membran- und Elektrodenoberflächen ein. Dieser Kachteil läßt sich bei Anwendung der Erfindung gemäß dem folgenden Beispiel überwinden.

2 Apparatur: Die Iwembranflache beträgt 3 dm . Zur Verhinderung der Oxidation und Reduktion von organischen Stoffen sind der

■ Kreislauf für die Kathodenlösung und die Änodenlösung gesondert ausgelegt und so eingerichtet, daß sie gleichzeitig mit der Umschaltung des Strömungsweges und der Umkehr der Strom-

; flußrichtung umgeschaltet werden können. Außerdem läßt man die zu reinigende organische Lösung im Kreislauf der Entsalzungszelle fließen, wogegen man Wasser, eine verdünnte Lauge oder

' eine verdünnte'Säure durch den Kreislauf der lonenkonzentra-

. tionszelle fließen läßt. Diese Strömungswege werden jeweils bei der Umschaltung und der Umkehr der Stroinflußrichtung verwirklicht.
Behandelte Lösung: Eine enzymatisch^ Lösung mit einer Ionenkonzentration von 42 500 ppm, Anteil der organischen Stoffe ; 10,2 >o, pH-?,ert 4,2.

■ Behandlungsbedingungen: Der pH-ftert wird in den Grenzen zwischen 3,6 und 4,6 gehalten; die Durchlfußmenge beträgt etwa 1 l/h für den Entsalzungskreislauf; die Stromstärke beträgt Λ 500 mA/10 V bis 500 mA/30 V. ·

Die fceßergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.

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BAD ORJQ]N_AL

Tabelle 3

ι · ί ι I	keine Umschaltung des Strö mungsweges und keine Umkehr der otromflußrichtung	Umschaltung d.otrö- mungsweges u. Um kehr der Strom- flußric'htung
j . Uinschaltperi- ode d.Strö mungsweges	(keine)	* jeweils 3 h
Behandlungs leistung und Behandlungs- iauer /Instieg des elektrischen Widerstandes i.Membranober fläche	Entsalzungsverhältnis: 95,5 j'o, pH-Wert 4,6 < Entaktivierung = 0 bei 150 cm3/4,5 h	Entsalzungsverhältn 55,5 #» pH-Wert 4,5 Entaktivierung = 0 bei 300 cm3/ 3h
Regenerations- verhalten	40 bis 50 % nach 4,5 h Durchlaufbehandlung	Weniger als 25 % innerhalb einer jeden Umschaltpe riode von 3 h
Zur Aufrechterhaltung der Regenerationsfähigkeit muß die LÖsungsbehandlung nach 4-, 5 h UmI auf behandlung unter brochen werden, man läßt 1- 5 %ige wäßrige NaCl-Lösung 10 h oder langer durch alle Zellen fließen und schaltet einen Strom mit umgekehrter Durchflußrichtung zur Rei nigung ein	die Wirksamkeit bleibt vollständig erhalten,indem man den Stromfluß und die Reinigung je weils während einer Dauer von 1 h alle 12 h durchführt. Es ergibt sich dam eine im wesentl. kontinuierliche Behandlung.

1 0 9 8 I ό / 1 8 S 0

bad

Claims

!Patentansprüche ' j

. j

;1. Elektrodialyseverfahren, wonach die Elektrodialyse einer · J

iLösung in einem Elektrodialysator mit zwei Elektroden sowie j

j- mit zwischen denselben in abwechselnder Folge angeordneten Kationen- und Anionenaustauschermembranen unter Stromdurchgang

zwischen den Elektroden erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß j

! eine gerade Anzahl von Dialysezellen zwischen den Membranen j

• vorhanden ist, daß für die eine Stromflußrichtung zwischen den j

> I

j Elektroden jeweils die ungeradzahlig numerierten Zellen ionen- ■ I verdünnte Lösungen sowie die geradzahlig numerierten Zellen j

j I

, ionenkonzentrierte Lösungen abgeben, daß die Stromflußrichtung i ι periodisch umgekehrt wird und daß im wesentlichen gleichzeitig j . I mit Umkehr der ßtromflußrichtung die Stömungswege durch die ' , Dialysezellen umgeschaltet werden, damit man ionenkonzentrierte j

■ i

bzw. ionenverdünnte Lösungen aus den ungeradzahligen bzw. ! ; geradzahlig numerierten Zellen erhält. i

j 2. Elektrodialyseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ! i zeichnet,- daß mindestens ein Teil der ionenkonzentrierten ! Lösungen in zwei parallelen Strömungswegen durch an die beiden ! Elektroden anschließende Elektrodenzellen strömt und zwar I unabhängig von der Umschaltung der Strömungswege, ί

3· Elektrodialyseverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- \ zeichnet, daß die durch die Elektrodenzellen führenden Strömungswege zusammengeführt und als Reaktionsprodukt der ionen- ! konzentrierten Lösungen verwendet werden.

! 4. Elektrodialyseverfahren nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungswege aus den Elektrodenzellen j ! vor ihrem Zusammenfluß elektrisch voneinander isoliert sind. >■

ι

• 5· Elektrodialyseverfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekenn- j ! zeichnet, daß in dem Strömungsweg mindestens einer Elektroden- j

• zelle vor dem Zusammenfluß eine Sprühkammer durchflossen wird, i j j

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; in derem kopfseitigen Einlaß die Lösung eingesprüht und zer- ι ' stäubt wird und an derem fußseitigen Auslaß die Lösung abge- ;

¹ zogen und zum Zusammenfluß weitergeleitet wird. ^j

: 6. Elektrodialyseverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ί

. dadurch gekennzeichnet, daß die ionenverdünnten Lösungen als j

_ä Verfahrensprodukt über einen Auslaß abgenommen werden und daß j

eine Lösung mit ungenügender Ionenverdünnung aus den Dialyse- <

, zellen, was unmittelbar nach Umschaltung der Strömungswege ι

• auftritt, nicht zum Produktausgang durchgelassen wird, bis ι ^! ein zulässiger Verdünnungsgrad vorliegt. j

¹ 7· Elektrodialysator mit zwei Elektroden zur Durchleitung eines ; ; elektrischen Stromes und mit einer Mehrzahl von Kationen- und j : ι

; Anionenaustauschermembranen, die in abwechselnder Folge ' ι zwischen den Elektroden angeordnet sind, zur Durchführung des ; ί Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- j

ί ι zeichnet, daß zwischen den Membranen eine geradzahlige Anzahl

j von Dialysezellen vorhanden sind, aus denen jeweils ionenveri dünnte und ionenkonzentrierte Lösungen aus den ungeradzahlig
ί numerierten Zellen bzw. aus den geradzahlig numerierten Zellen,
I jeweils bei der Numerierung ausgehend von einer Elektrode,
' abgezogen werden, wenn der Stromfluß in der einen Richtung
! erfolgt, und daß eine Umschalteinrichtung innerhalb des Elekj trodialysators vorhanden ist, die eine periodische Umkehr der
I Stromflußrichtung ermöglicht,und einen Steuerschieber zur im

wesentlichen gleichzeitigen Umschaltung der Strömungswege durch
■ die Dialysezellen umfaßt, damit man ionenkonzentrierfce bzw.

ionenverdünnte Lösungen jeweils aus den ungeradzahligen bzw.

den geradzahlig numerierten Zellen erhält.

8. Elektrodialysator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils in Verbindung mit den beiden Elektroden je eine
Elektrodenzelle (16, 23) vorgesehen ist, durch die unabhängig
von der Umschaltung der Strömungswege ein Teil der ionenkonzentrierten Lösungen in zwei Parallelströmen fließt.

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9. Elektrodialysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

'■■ daß otrömungskanäle für die Strömungswege durch die Elektrodenzellen in eine Verzweigung zusammengeführt sind und in die Produktsamme1leitung für die ionenkonzentrierten Lösungen e inmünden.

10. Elektrodialysator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur elektrischen Trennung der beiden otrömungswege aus den Elektrodenzellen vor der Zusammenflußverzweigung angeordnet ist.

11. Elektrodialysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungskanal der Strömung aus mindestens einer

! Elektrodenkammer vor der Zusammenflußverzweigung eine Sprühkammer (3, 4) angeordnet ist, die einen kopfseitigen Sprüheinlaß zum Einsprühen und Zerstäuben der Losung sowie einen fuß-

■ seitigen Auslaß aufweist, der von dem Einlaß elektrisch isoliert ist und an die Zusammenflußverzweigung angeschlossen ist.

12. Elektrodialysator nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß ein Produktausgang für die ionenverdünnten Lösungen als Verfahrensprodukt sowie eine Steuereinrichtung vorhanden sind,

; welche einen Abfluß von ionenverdünnten Lösungen mit ungenügendem Verdünnungsgrad unmittelbar nach Umschaltung der Strömungswege ausschließt, bis ein zulässiger Verdünnungsgrad eingestellt ist.

1 0 9 C 1 6 I 1 H S 0

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if

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