ES2856413T3

ES2856413T3 - Electrodiálisis

Info

Publication number: ES2856413T3
Application number: ES14732317T
Authority: ES
Inventors: Vinodnarain Bhikhi; Baak Willem Van
Original assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Current assignee: Fujifilm Manufacturing Europe BV
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: EP3019450B1; EP3019450A1; US20160152492A1; GB201312491D0; US9969628B2; WO2015004417A1

Abstract

Una unidad de electrodiálisis que comprende al menos dos pilas de electrodiálisis ED1 y ED2 conectadas en serie, en donde: (a) las pilas ED1 y ED2 comprenden membranas de intercambio aniónico y membranas de intercambio catiónico; (b) las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2; (c) la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 es 2 a 20 veces menor que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1; (d) la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 es 2 a 20 veces menor que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1; y (e) la pila ED2 está situada aguas abajo de la pila ED1; en donde la unidad de electrodiálisis está configurada de manera que el producto diluido que sale de la pila ED1 es alimentado a la pila ED2 con el fin de reducir aún más la concentración de iones disueltos en ella.

Description

DESCRIPCIÓN

Electrodiálisis

Esta invención se refiere a una unidad de electrodiálisis ("ED") y a un procedimiento para la purificación de un líquido de alimentación acuoso.

Las primeras unidades de ED disponibles comercialmente se desarrollaron en la década de 1950 para desmineralizar agua salobre. Desde entonces, las mejoras en las membranas de intercambio iónico han conducido a avances significativos en la ED.

Unidades de ED comprenden típicamente una o más pilas de membranas. Cada una de las pilas comprende un ánodo, un cátodo y un cierto número de pares de celdas a través de las cuales pasan los líquidos. Un par de celdas comprende un compartimiento de producto diluido y un compartimiento de producto concentrado. Cada una de las celdas tiene una pared hecha de una membrana de intercambio de cationes cargada negativamente y una pared hecha de una membrana de intercambio de aniones cargada positivamente. Cuando un líquido de alimentación (a veces denominado 'solución de alimentación') pasa a través de las celdas y se aplica una tención (CC) a través de los electrodos, los cationes disueltos pasan a través de la membrana de intercambio catiónico y hacia el ánodo, mientras que los aniones disueltos pasan a través de la membrana de intercambio aniónico y hacia el cátodo. Típicamente, el cátodo y el ánodo se lavan con un líquido de enjuague durante el proceso de desionización. De esta manera, los cationes y aniones (p. ej., Na+ y Cl- de la sal en el agua de mar) presentes originalmente en el líquido de alimentación penetran a través de las paredes de las membranas, para dejar atrás una corriente de producto diluido (que tiene un contenido iónico menor que el líquido de alimentación original) y forman una corriente de concentrado (que tiene un contenido iónico más alto que el líquido de alimentación). Las unidades de ED se pueden utilizar para convertir un líquido de alimentación de agua de mar o salobre en agua potable con un contenido mucho más bajo de sales disueltas. La disposición típica de una pila de membranas se ilustra en la Fig.1.

En contraste con las unidades de ED, unidades de electrodesionización ("EDI") comprenden adicionalmente una o más resinas de intercambio iónico en la corriente de producto diluido para aumentar su conductividad iónica. Típicamente, las unidades de ED se utilizan para purificar líquidos de alimentación que tienen un alto contenido de sales disueltas, mientras que las unidades de EDI se utilizan para ultrapurificar líquidos de alimentación que ya tienen un contenido bastante bajo de sales disueltas. La presencia de estas resinas de intercambio iónico es lo que distingue a las unidades de EDI de las unidades de ED.

Uno de los principales costes de funcionamiento de una unidad de ED es para la energía eléctrica aplicada a través del ánodo y el cátodo. De manera deseable, la unidad de ED requiere la menor cantidad de energía eléctrica posible para purificar un líquido de alimentación.

Durante la fase inicial de la desalación utilizando una unidad de ED, la concentración de sales disueltas en el líquido de alimentación es típicamente bastante alta. Por lo tanto, el líquido de alimentación tiene una resistencia eléctrica muy baja. En esta fase, la resistencia eléctrica de las membranas tiene un gran impacto en la resistencia eléctrica global de la unidad de ED y, por lo tanto, en la cantidad de energía eléctrica consumida. En esta fase inicial de desalación, una membrana que tenga una resistencia eléctrica muy baja es, por tanto, importante para conseguir un bajo nivel de consumo de energía eléctrica.

Sin embargo, en las últimas fases de los procesos de desalinización, la mayoría de las sales disueltas se han separado del líquido de alimentación y la resistencia eléctrica de la unidad de ED - específicamente de la corriente de producto diluido - aumenta enormemente. La resistencia eléctrica de las membranas es entonces de mucha menos importancia para la resistencia eléctrica global de la unidad de ED que la resistencia eléctrica del líquido de alimentación que se ha agotado de iones derivados de sales disueltas. En estas últimas fases, la permeabilidad al agua de las membranas se convierte en un factor importante que influye en la cantidad de energía eléctrica requerida para purificar el líquido de alimentación parcialmente desalado.

A pesar de que las membranas utilizadas en las unidades de ED son ampliamente consideradas como impermeables al agua, durante la ED (es decir, electrodiálisis), pequeñas cantidades de agua son, de hecho, transportadas a través de las membranas en un proceso conocido como "electro-ósmosis". En la electro-ósmosis, cada uno de los iones (derivados de las sales disueltas en el líquido de alimentación) está rodeado por varias moléculas de agua que luego pasan a través de una membrana junto con el ion. El número de moléculas de agua por ion (es decir, el número de transporte de agua) depende de la identidad del ion y de condiciones tales como la concentración de sal del líquido de alimentación y la temperatura.

Otro mecanismo por el cual el agua es transportada a través de membranas durante la ED es la ósmosis convencional. La diferencia en la concentración de sales entre las corrientes de producto concentrado y producto diluido a cada lado de la membrana provoca que algo de agua pase a través de las membranas desde la corriente de producto diluido a la corriente de producto concentrado. El grado en el que ocurre la ósmosis en una unidad de ED está fuertemente influenciado por la morfología de las membranas presentes en la unidad.

En cualquier caso, la pérdida de agua durante la ED por electro-ósmosis y por osmosis no es deseable, ya que reduce el rendimiento global de agua purificada obtenida de la unidad de ED.

En las fases posteriores de desalación utilizando ED, la diferencia de concentración entre las corrientes de producto diluido y producto concentrado es relativamente grande. Esta diferencia aumenta la pérdida de moléculas de agua a través de las membranas debido a la ósmosis. Por lo tanto, en estas últimas fases, se desean membranas que tengan una baja permeabilidad al agua.

Las membranas ideales para una unidad de ED, por lo tanto, tienen tanto una baja resistencia eléctrica como una baja permeabilidad al agua. Sin embargo, desgraciadamente, en las membranas generalmente existe un compromiso entre su resistencia eléctrica y su permeabilidad al agua. Una membrana de baja resistencia eléctrica se logra al asegurar que la membrana tenga una estructura abierta que restrinja el flujo de iones a través de la membrana lo menos posible. Sin embargo, estructuras de membrana abierta de este tipo tienden a exhibir más hinchamiento, lo cual aumenta la permeabilidad al agua. Por otro lado, la permeabilidad al agua se puede reducir utilizando una estructura de membrana más rígida, pero como consecuencia la resistencia eléctrica de la membrana aumenta.

El documento US2011068002 afirma haber tenido éxito en la fabricación de membranas que tienen tanto una baja resistencia eléctrica como una baja permeabilidad al agua. Sin embargo, las membranas son caras y/o no son tan adecuadas para la producción en masa.

El documento US2007/278099 A1 describe un aparato y su funcionamiento para tratar agua, que comprende una celda electroquímica, una pluralidad de membranas intercambiadoras de aniones y cationes entre ellas y llenas de perlas intercambiadoras de iones. Enseña a mejorar el proceso al modificar la conductividad de las zonas a través de las cuales fluye fluido con el fin de proporcionar una distribución uniforme de la corriente aumentando la resistencia eléctrica de las membranas selectivas de iones en la región próxima a la región de descarga.

La presente invención busca, por lo tanto, proporcionar una unidad de ED y un procedimiento para la purificación de líquidos de alimentación acuosos que sean económicos, p. ej., al no requerir membranas caras o grandes cantidades de energía eléctrica.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una unidad de electrodiálisis que comprende al menos dos pilas de electrodiálisis (ED1 y ED2) conectadas en serie, en donde:

(a) las pilas ED1 y ED2 comprenden membranas de intercambio aniónico y membranas de intercambio catiónico;

(b) las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2;

(c) la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 es de 2 a 20 veces menor que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1;

(d) la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 es de 2 a 20 veces menor que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1; y

(e) la pila ED2 está ubicada aguas abajo de la pila ED1;

en donde la unidad de electrodiálisis está configurada de manera que el producto diluido que sale de la pila ED1 es alimentado a la pila ED2 para reducir aún más la concentración de iones disueltos en ella.

La presente invención pretende resolver el dilema de cómo lograr una desalación eficiente tanto en las fases tempranas como tardías de la electrodiálisis, cuando las fuerzas iónicas de los líquidos de alimentación son muy diferentes. Como resultado, no se necesitan costosas membranas que tengan propiedades inusuales y la energía eléctrica requerida para realizar el proceso se mantiene baja.

Mediante el uso de dos o más pilas de ED conectados en serie, tal como se ha descrito arriba, con las membranas en la primera pila ED1 que tienen menor resistencia eléctrica que las membranas correspondientes de la siguiente pila (ED2), se puede lograr tanto una baja resistencia eléctrica en la fase inicial de desalación como una baja permeabilidad al agua en la fase posterior de desalación.

En una realización preferida, la unidad de electrodiálisis comprende, además, una tercera pila de electrodiálisis (ED3) que comprende membranas de intercambio de aniones y membranas de intercambio de cationes. La pila ED2 está ubicada aguas abajo de la pila ED1 y está conectada en serie a la pila ED1. La pila ED3 está ubicada aguas abajo de la pila ED2 y preferiblemente está conectada en serie a la pila ED2.

Breve Descripción de los Dibujos

La Fig. 1 muestra esquemáticamente una pila de ED en uso.

La Fig. 2a representa esquemáticamente una unidad de ED que comprende dos pilas de ED en serie (ED1 y ED2). La Fig. 2b representa esquemáticamente una unidad de ED a mayor escala que comprende un total de seis pilas de ED.

En la Fig. 1, la pila de ED comprende un ánodo en un extremo y un cátodo en el otro extremo. Las membranas alternas de intercambio aniónico (+ ve) e intercambio catiónico (- ve) separan el ánodo y el cátodo y definen celdas tal como se muestra. A medida que el líquido de alimentación penetra en la pila de ED en la parte superior y pasa hacia abajo, los cationes permean a través de las membranas de intercambio catiónico y los aniones permean a través de las membranas de intercambio aniónico para crear corrientes de producto concentrado y producto diluido. Como consecuencia de la permeación de iones, se generan corrientes alternas de producto concentrado y producto diluido en la pila de ED. Típicamente, el ánodo y el cátodo se lavan durante la electrodiálisis utilizando líquido(s) de enjuague.

La Fig. 2a representa esquemáticamente una unidad de ED que comprende dos pilas de ED en serie, a saber, ED1 y ED2. La realización de la Fig. 2a es una realización preferida en la que la pila ED2 está ubicada aguas abajo de la pila ED1. En otras palabras, el líquido de alimentación acuoso que penetra en la unidad de ED pasa a través de la pila ED1 antes de penetrar y pasar a través de la pila ED2.

La Fig. 2b representa esquemáticamente una unidad de ED que comprende seis pilas de ED. Cada una de las pilas ED1 está conectada en serie a la siguiente pila ED 2 y cada una de las pilas ED2 está conectada en serie a la siguiente pila ED3. Esta disposición se duplica en la unidad, en paralelo, para duplicar el rendimiento de la unidad de ED.

Para la fase inicial de la desalación (en que el líquido de alimentación tiene una concentración relativamente alta de sales) se utilizan preferiblemente membranas en la pila ED1 que tienen una resistencia eléctrica relativamente baja. Por el contrario, para la última fase de desalación (en que el líquido de alimentación tiene una concentración relativamente baja de sales), la resistencia eléctrica del líquido de alimentación parcialmente desalado es mucho mayor y, por lo tanto, se puede tolerar una membrana de mayor resistencia para las siguientes pilas de ED.

Por lo tanto las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica más baja que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica más baja que las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2.

La resistencia eléctrica de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 es de 1,5 a 20 veces, más preferiblemente de 1,5 a 15 veces (p. ej., de 2 a 15 veces), especialmente de 1,5 a 10 veces (p. ej., de 2,5 a 10 veces) más baja que la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2.

La resistencia eléctrica de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 es de 1,5 a 25 veces, más preferiblemente de 1,5 a 20 veces (p. ej., de 2 a 20 veces), especialmente de 1,5 a 12 veces (p. ej., de 2,5 a 12 veces) más baja que la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2.

Las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 tienen preferiblemente una resistencia eléctrica de menos de 5 ohm.cm2, más preferiblemente menos de 3 ohm.cm2, especialmente menos de 2 ohm.cm2, lo más preferiblemente menos de 1,5 ohm.cm2.

Los valores de resistencia eléctrica descritos y reivindicados en esta memoria descriptiva se determinaron utilizando una solución de NaCl 0,5 M a 25°C. En los Ejemplos siguientes se ilustra una descripción más detallada de cómo medir la resistencia eléctrica utilizando una solución de NaCl 0,5 M a 25°C.

Las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 tienen preferiblemente una resistencia eléctrica de menos de 4 ohm.cm2, más preferiblemente de menos de 2 ohm.cm2, especialmente de menos de 1,5 ohm.cm2, lo más preferiblemente de menos de 1,0 ohm.cm2.

Las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 tienen preferiblemente una resistencia eléctrica de menos de 20 ohm.cm2, más preferiblemente de menos de 12 ohm.cm2, especialmente de menos de 10 ohm.cm2, más especialmente de menos de 8 ohm.cm2.

Las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 tienen preferiblemente menos de 20 ohm.cm2, más preferiblemente menos de 10 ohm.cm2, especialmente menos de 7 ohm.cm2, más especialmente menos de 5 ohm.cm2.

Las propiedades de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 de electrodiálisis opcional son preferiblemente diferentes a las propiedades de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 y/o las propiedades de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED3 son diferentes a las propiedades de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2. Por ejemplo, en una realización, las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 tienen una menor resistencia eléctrica que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio catiónico en la pila ED3.

Preferiblemente, la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 es 1,1 a 15 veces, más preferiblemente 1,1 a 12 veces (p. ej., 1,5 a 12 veces), especialmente 1,1 a 10 veces (p. ej., 2 a 11 veces) más baja que la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED3 (cuando está presente).

Preferiblemente, la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 es 1,1 a 12 veces, más preferiblemente 1,1 a 10 veces (p. ej., 1,4 a 10 veces), especialmente 1,1 a 8 veces (p. ej., 1,6 a 8 veces) más baja que la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 (cuando está presente). Las membranas de intercambio catiónico en la pila ED3 opcional tienen preferiblemente una resistencia eléctrica de menos de 25 ohm.cm2, más preferiblemente de menos de 15 ohm.cm2, especialmente de menos de 10 ohm.cm2. Las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 opcional tienen preferiblemente una resistencia eléctrica de menos de 20 ohm.cm2, más preferiblemente de menos de 12 ohm.cm2, especialmente de menos de 8 ohm.cm2. Preferiblemente todas las membranas de intercambio catiónico presentes en la unidad de ED tienen una permselectividad estandarizada mayor que 85%, más preferiblemente mayor que 90%, especialmente mayor que 94%. Preferiblemente, todas las membranas de intercambio aniónico presentes en la unidad de ED tienen una permselectividad estandarizada mayor que 90%, más preferiblemente mayor que 92%, especialmente mayor que 94%. La permselectividad estandarizada se puede medir utilizando soluciones de KCl 0,05 M y KCl 0,5 M a 21°C, tal como se describe más adelante en los Ejemplos.

Las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 tienen preferiblemente una permeabilidad al agua más baja que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 tienen preferiblemente una permeabilidad al agua más baja que las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1.

Preferiblemente, la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 es 1,5 a 30 veces, más preferiblemente 2 a 20 veces, especialmente 2,5 a 15 veces más baja que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1.

Preferiblemente, la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 es 1,5 a 30 veces, más preferiblemente 2 a 20 veces, especialmente 2,5 a 15 veces más baja que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1.

Además, cuando la unidad ED comprende una tercera pila ED3, las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 tienen preferiblemente una permeabilidad al agua más baja que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED3 tienen preferiblemente una permeabilidad al agua más baja que las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2.

Preferiblemente, la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED3 (cuando está presente) es 1,5 a 20 veces, más preferiblemente 2 a 15 veces, especialmente 2,5 a 10 veces más baja que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2.

Preferiblemente, la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 (cuando está presente) es 1,5 a 20 veces, más preferiblemente 2 a 15 veces, especialmente 2,5 a 10 veces más baja que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2.

La permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico y catiónico en la pila ED1 es preferiblemente menor que 100 x 10-12 m3/m2.s.kPa, más preferiblemente menor que 70 x 10-12 m3/m2.s.kPa, especialmente menor que 50 x 10-12 m3/m2.s.kPa.

La permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico y catiónico en la pila ED2 es preferiblemente menor que 30 x 10-12 m3/m2.s.kPa, más preferiblemente menor que 20 x 10-12 m3/m2.s.kPa, especialmente menor que 15 x 10-12 m3/m2.s.kPa, lo más preferiblemente menor que 10 x 10-12 m3/m2.s.kPa.

La permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico y catiónico en la pila ED3 es preferiblemente menor que 25 x 10-12 m3/m2.s.kPa, más preferiblemente menor que 18 x 10-12 m3/m2.s.kPa, especialmente menor que 12 x 10-12 m3/m2.s.kPa, lo más preferiblemente menor que 9 x 10-12 m3/m2.s.kPa.

La permeabilidad al agua arriba mencionada y en las reivindicaciones es la permeabilidad al agua cuando se corrige para la electro-ósmosis y el transporte de iones, tal como se ilustra con más detalle más adelante en los Ejemplos. La unidad de electrodiálisis está preferiblemente libre de resinas de intercambio iónico en partículas. Estas resinas se utilizan típicamente en pilas EDI, pero no en pilas ED.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para purificar agua, que comprende una unidad de electrodiálisis de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención y una unidad de electrodesionización situada aguas abajo de la unidad de electrodiálisis. Este aparato es útil para proporcionar un nivel de purificación más alto que el logrado en el primer aspecto de la presente invención, aunque a un costo más alto debido a las resinas de intercambio iónico en partículas utilizadas en pilas EDI.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para la purificación de un líquido de alimentación acuoso, que comprende hacer pasar el líquido de alimentación a través de una unidad de electrodiálisis de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención o un aparato de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención de tal manera que el líquido de alimentación se separa en un producto concentrado y un producto diluido. El producto concentrado está típicamente enriquecido en iones que estaban presentes en el líquido de alimentación original y el producto diluido está típicamente agotado en iones que estaban presentes en el líquido de alimentación original.

Preferiblemente, el procedimiento se realiza de tal manera que el producto diluido que sale de la pila ED1 tiene una conductividad de 15 a 4 mS/cm, más preferiblemente de 12 a 7 mS/cm.

Preferiblemente, el procedimiento se realiza de tal manera que el producto diluido que sale de la pila ED2 tiene un nivel de conductividad de 5 a 0,1 mS/cm, más preferiblemente de 2 a 0,3 mS/cm.

El procedimiento se realiza de tal manera que el líquido de alimentación (que comprende iones) pasa a través de la pila ED1 para formar un producto diluido y un producto concentrado y entonces el producto diluido que sale de la pila ED1 es alimentado a la pila ED2 con el fin de reducir adicionalmente la concentración de iones disueltos en él.

En otra realización, el procedimiento se realiza de tal manera que el producto diluido que sale de la pila ED1 tiene un nivel de conductividad de 35 a 15 mS/cm, más preferiblemente de 30 a 20 mS/cm. En esta realización, el procedimiento se realiza preferiblemente de manera que el producto diluido que sale de la pila ED2 tiene un nivel de conductividad de 20 a 1 mS/cm, más preferiblemente de 15 a 4 mS/cm.

Se puede conseguir una desalación adicional utilizando una etapa de ED adicional o mediante el uso de un dispositivo de electrodesionización (continua).

Las pilas de ED y pilas de EDI (cuando están presentes) comprenden un ánodo y un cátodo. Cuando se establece un campo eléctrico a través del ánodo y el cátodo, los cationes presentes en el líquido de alimentación acuoso son atraídos hacia el ánodo y los aniones presentes en el líquido de alimentación acuoso son atraídos por el cátodo.

La cantidad de corriente eléctrica que pasa a través de cada una de las pilas puede ser la misma que la que pasa a través de una o más de las otras pilas o puede ser diferente. Por ejemplo, la corriente eléctrica que pasa a través de la pila ED1 puede ser mayor o menor que la corriente eléctrica que pasa a través de la pila ED2. Además, la corriente eléctrica que pasa a través de la pila ED3, cuando está presente, puede ser mayor o menor que la corriente eléctrica que pasa a través de la pila ED2.

Preferiblemente, el procedimiento comprende la aplicación de una densidad de corriente constante a la pila ED1, p. ej., de 50 a 1000 A/m2, más preferiblemente entre 75 y 600 A/m2. Alternativamente, se aplica una tensión constante a la pila ED1.

Cuando el procedimiento es un procedimiento de recirculación (es decir, el líquido de alimentación pasa a través de la unidad de ED varias veces hasta que se alcanza el nivel deseado de desalación) la densidad de corriente aplicada a la pila ED1 puede ser constante o puede ser cambiada periódicamente, p. ej., para cada uno de los ciclos a través de la pila ED1. Por ejemplo, la densidad de corriente aplicada a la pila ED1 puede ser inicialmente, p. ej., de 250 A/m2, y cuando la concentración de sal en la corriente de producto diluido se reduce a un nivel predeterminado, la densidad de corriente puede reducirse a un valor de, p. ej., 150 A/m2. La concentración de sal se puede determinar mediante una medición de conductividad estándar.

A la pila ED2 se puede aplicar una densidad de corriente constante, una tensión constante o tanto una densidad de corriente constante como una tensión constante. Debido a que la resistencia eléctrica de la corriente de producto diluido en la pila ED2 es mayor que para la pila ED1, se aplica preferiblemente una densidad de corriente menor y/o una tensión menor a la pila ED2 que a la pila ED1. En el modo de recirculación es posible aplicar una corriente constante y una tensión variable y posteriormente aplicar una tensión constante y una corriente variable. Alternativamente, se puede aplicar corriente de manera escalonada, por ejemplo aplicando inicialmente un valor de corriente constante y luego, más tarde en el procedimiento, aplicar una corriente constante diferente (p. ej., una corriente constante más baja). Cambiar de corriente constante a tensión constante o disminuir el valor de la corriente constante es particularmente útil para optimizar el consumo de energía del procedimiento.

Se prefiere de tensión constante cuando la resistencia eléctrica de la celda es alta, p. ej., cuando la concentración de sal de la corriente que pasa a través de ella es baja, para prevenir la disociación del agua. La tensión preferida aplicada a través del ánodo y el cátodo depende del número de celdas en la pila, de la conductividad iónica de la corriente dentro de la celda y las propiedades de la membrana, y está preferiblemente entre 0,2 y 2,0 V/celda, más preferiblemente entre 0,3 y 1,4 V/celda. Cuando se utiliza la unidad de ED en modo de paso único, se debe elegir una densidad de corriente o un ajuste de tensión para cada una de las pilas ED.

El procedimiento se puede realizar utilizando sólo el conjunto de unidades de ED conectadas en serie (tal como se ilustra en la Fig. 2a) o, alternativamente, se puede aumentar el procedimiento, realizando el mismo con varias unidades de ED de acuerdo con la invención en ejecución en paralelo (tal como se ilustra en la Fig. 2b). La escala del procedimiento también se puede incrementar aumentando el tamaño y/o el número de celdas presentes en cada una de las pilas de ED.

Las unidades de ED y el aparato de la presente invención son particularmente útiles para la purificación de agua de mar o agua salobre como líquido de alimentación acuoso. En tales casos, el agua de mar o el agua salobre se convierten preferiblemente en un producto diluido adecuado para beber (es decir, agua potable) o para regar cultivos. Sin embargo, las unidades de ED y el aparato de la presente invención también se pueden utilizar para purificar de una manera análoga otros líquidos de alimentación que contienen cationes y aniones. La unidad de ED y el aparato de la presente invención pueden utilizarse, por ejemplo, para reducir el coste de purificar un líquido de alimentación, p. ej., para formar agua potable.

En la invención se pueden utilizar muchos tipos de membranas de intercambio iónico que tienen las propiedades deseadas. Preferiblemente, se utilizan membranas de bajo coste. Las membranas pueden ser del tipo de lámina plana o pueden estar perfiladas, p. ej., con nervaduras o protuberancias de cualquier forma. Ejemplos de formas adecuadas incluyen conos circulares, pirámides multi-angulares (p. ej., piramidal triangular, piramidal cuadrada y piramidal hexagonal), hemisferios, mesetas (p. ej., mesetas cuadradas, triangulares y circulares), cúpulas, conos circulares truncados, pirámides truncadas y combinaciones de dos o más de las mismas.

Una amplia diversidad de membranas de intercambio iónico que tienen diferentes resistividades eléctricas y permeabilidades al agua están disponibles comercialmente, p. ej. de compañías tales como FUJIFILM, Ionics, Asahi Glass, Asahi Chemical, Tokuyama Soda, Fumatech, Pall, SnowPure, PCA y Membranes International.

En una realización, los compartimientos en una o más pilas están formados por los perfiles en las membranas y/o mediante el uso de espaciadores. Los espaciadores tienen preferiblemente un espesor de entre 0,01 y 1 mm, más preferiblemente entre 0,05 y 0,3 mm. Los espaciadores pueden estar hechos de cualquier material adecuado, por ejemplo tela tejida o no tejida orgánica o inorgánica, porosa, p. ej., de polietileno, polipropileno o poliamida.

El número de celdas dentro de cada una de las pilas no está particularmente limitado. Preferiblemente, cada una de las pilas comprende de forma independiente de 10 a 2000 pares de celdas, más preferiblemente de 50 a 800 pares de celdas.

La invención se ilustrará ahora con ejemplos no limitativos, en donde todas las partes y los porcentajes son en peso, a menos que se especifique lo contrario.

En los ejemplos se midieron las siguientes propiedades mediante los métodos descritos a continuación.

Métodos Generales de Ensayo

La permselectividad (a (%)) se midió utilizando una medición del potencial de membrana estática. Dos celdas fueron separadas por la membrana bajo investigación. Antes de la medición, la membrana se equilibró en una solución de KCl 0,05 M durante 16 horas. A continuación, se hicieron pasar dos corrientes que tenían diferentes concentraciones de KCl a través de celdas en lados opuestos de las membranas bajo investigación. Una corriente tenía una concentración de KCl 0,05 M (de Sigma Aldrich, pureza mín. de 99,0%) y la otra corriente tenía una concentración de KCl 0,5 M. El caudal de ambas corrientes fue de 0,5 L/min (utilizando un controlador de consola Cole Parmer Masterflex (77521-47) con bombas de engranajes Easy Load II modelo 77200-62). Dos electrodos de referencia de Ag/AgCl de tipo 6.0750.100 (de Metrohm AG, Suiza) rellenos con KCl 3 M estaban conectados a tubos capilares Haber-Luggin que se insertaron en cada una de las celdas y se utilizaron para medir la diferencia de potencial a través de la membrana. El área efectiva de la membrana fue de 9,62 cm2 y la temperatura fue de 21°C.

Cuando se alcanzó un estado estacionario, se midió el potencial de membrana (AVmeas).

La permeabilidad selectiva (a (%)) de la membrana se calculó de acuerdo con la fórmula:

a (%) = AVmeas/ AVteór * 100%

El potencial de membrana teórico (AVteór) es el potencial para un 100% de membrana permselectiva tal como se calcula utilizando la ecuación de Nernst.

Los valores medidos se corrigieron para la desviación de potencial (constante) entre los dos electrodos de referencia.

La resistencia eléctrica ER (ohm.cm2) se midió por el método descrito por Djugolecki et al, J. of Membrane Science, 319 (2008) en las páginas 217-218 con las modificaciones siguientes:

• las membranas auxiliares fueron CMX y AMX de Tokuyama Soda, Japón;

• los capilares, así como los electrodos de referencia Ag/AgCl (Metrohm tipo 6.0750.100) contenían KCI 3 M;

• el líquido de calibración y el líquido en los compartimentos 2, 3, 4 y 5 eran una solución de NaCl 0,5 M a 25°C;

• el área efectiva de la membrana era de 9,62 cm2;

• la distancia entre los capilares era de 5,0 mm;

• la temperatura de medición era de 25°C;

• se utilizó un controlador de consola Cole Parmer Masterflex (77521-47) con bombas de engranajes Easy Load II modelo 77200-62 para todos los compartimentos;

• el caudal de cada una de las corrientes era de 475 ml/min controlado por caudalímetros Porter Instrument (tipo 150AV-B250-4RVS) y caudalímetros Cole Parmer (tipo G-30217-90).

La permeabilidad al agua (WP) se determinó realizando los cálculos descritos a continuación en la Fórmula (1) siguiente:

WP = WPu CF

(Fórmula 1)

en donde:

WPu es la permeabilidad al agua sin corregir de la membrana en m3/m2.s.kPa, calculada utilizando la fórmula (2) siguiente; y

CF es el factor de corrección en m3/m2.s.kPa para tener en cuenta la electro-ósmosis y el transporte de iones a través de la membrana, calculado utilizando la fórmula (3) que figura más adelante.

WPu se calculó utilizando la fórmula (2) como sigue:

WPu = (AW/(SA x Tiempo x Dh20 x Pos))

(Fórmula 2)

en donde :

AW es el cambio medio de peso en Mg (n.b. Mg significa 1000 kg) de acuerdo con el cálculo

AW = [(WC2-WC1) (WD2-WD1)] x 10-6/2;

WC1 es el peso inicial del producto concentrado en g;

WC2 es el peso final del producto concentrado en g;

WD1 es el peso inicial del producto diluido en g;

WD2 es el peso final del producto diluido en g; y

Dh20 es la densidad del agua en Mg/m3 (es decir, 1)

SA es el área de superficie de la membrana bajo ensayo en m2;

Tiempo es la duración de la medición en segundos; y

Pos es la presión osmótica en kPa, calculada utilizando la Fórmula (4) que figura más adelante.

El factor de corrección CF se calculó utilizando la fórmula (3) como sigue:

CF - ((M^h X Vh Mi X Vi 1 X 10 *V2 x (MW^hhc:ⁱ + MW^shjoII

(SA XTiempo x D^h20 X Pos)

Fórmula (3)

en donde:

Mh es el cambio en la concentración molar de NaCl en el producto concentrado respectivamente en mol/L;

Vh es el cambio de volumen del producto concentrado en litros ("L");

Ml es el cambio en la concentración molar de NaCl en el producto diluido en mol/L;

Vh es el cambio de volumen del producto diluido en L;

MWNaCl es el peso molecular de la sal que se elimina (es decir, 58,44 en el caso de NaCl);

MW8H20 es el peso molecular del agua que se elimina con la sal (es decir, 8 x (1 1 16) en el caso de NaCl = 144); y

SA, Tiempo, Dh20 y Pos son los definidos anteriormente.

Varios de los números enteros utilizados anteriormente se midieron de la siguiente manera:

Medición de la Presión Osmótica (Pos)

Una muestra de membrana de un tamaño de al menos 30 x 9 cm de se acondicionó durante 16 horas en una solución de NaCl 0,1 M (5,843 g/L).

La membrana se sujetó entre dos espaciadores (PE red/PES junta, 290 gm de espesor, distancia del filamento 0,8 mm, 310 x 110 mm, área efectiva 280 x 80 mm) a cada uno de los lados, soportada mediante una placa de PMMA, teniendo cada uno una cavidad de 3 mm de profundidad creando cámaras con un volumen de 280 x 80 x 3 mm a cada lado de la membrana. Las dos cámaras, junto con la membrana que las separaba, constituían una celda de ensayo. El espaciador minimizó la formación de una doble capa eléctrica. Las placas se engrasaron para evitar fugas y se sujetaron entre sí mediante 12 pernos y tuercas utilizando un par de torsión de 10 N/m.

Antes de la medición real, las cámaras se lavaron con el producto concentrado y el producto diluido relevante. El producto concentrado y el producto diluido se bombearon luego a las cámaras a ambos lados de la membrana sometida a ensayo a través de un tubo Masterflex PharmaPure utilizando un controlador de consola Masterflex (77521 -47) con bombas de engranajes Easy Load II modelo 77200-62 a un caudal de 0,31 L/min. En un lado de la membrana, la cámara contenía NaCl 0,7 M (40,91 g/L, es decir, el producto concentrado) y la cámara del otro lado de la membrana contenía NaCl 0,1 M (es decir, el producto diluido). El aire se eliminó colocando la celda en posición vertical. Después de 5 minutos, las bombas se cambiaron en dirección inversa y se vaciaron las cámaras. Las mediciones requeridas para calcular la permeabilidad al agua de la membrana comenzaron llenando las cámaras con el producto concentrado y diluyendo a una velocidad de 0,26 L/min, correspondiente a aproximadamente 0,9 cm/s. El producto concentrado y el producto diluido se hicieron circular a través de sus respectivas cámaras mediante recipientes de almacenamiento durante al menos 16 horas, después de lo cual las cámaras se vaciaron nuevamente. Se midieron los pesos iniciales (Wc1 y W d1), las densidades iniciales (Dc1 Dd1), los pesos finales (Wc2 y W d2) y las densidades finales (Dc2 Dd2) del producto concentrado y del producto diluido, así como sus temperaturas absolutas y la duración exacta del experimento en horas. A partir de las densidades se calcularon las concentraciones molares de NaCl de acuerdo con la fórmula:

Concentración molar = (densidad - 0,9985)/0,0403

La presión osmótica (Pos) en kPa se calculó después utilizando la fórmula (4):

Pos = i x [((Mci Mc2) -(Mdi Md2))/2¡ x R x Temp

Fórmula (4)

en donde:

i es el factor de van't Hoff;

Mc1 es la concentración molar inicial del producto concentrado en mol/m3;

Mc2 es la concentración molar final del producto concentrado en mol/m3;

Md1 es la concentración molar inicial del producto diluido en mol/m3;

Md2 es la concentración molar final del producto diluido en mol/m3;

R es la constante de gas en kPa m3 K-1 mol-1; y

Temp es la temperatura promedio del producto concentrado y del producto diluido en Kelvin durante el ensayo.

Cuando la membrana se está utilizado para eliminar NaCl de NaCl que contiene agua, el factor de van 't Hoff (i) es 2, ya que cada una de las moléculas de NaCl se disocia completamente en dos iones (Na+ y CI-). R es 0,008314 kPa m3 K-1.

Configuración experimental

Se utilizaron las siguientes membranas en los experimentos.

Preparación de Membranas

Membranas de intercambio aniónico AEM-A y AEM-B y membranas de intercambio catiónico CEM-A y CEM-B se prepararon como se describe a continuación:

Ingredientes

AMPS es ácido 2-acriloilamido-2-metilpropanosulfónico de Hang-Zhou (China).

DMAPAA-Q es cloruro de 3-acrilamidopropil-trimetilamonio de Kohjin.

MBA es N,N'-metilen bisacrilamida de Sigma Aldrich.

SR259 es diacrilato de polietilenglicol (200) de Sartomer.

PW es agua pura (un disolvente inerte).

IPA es 2-propanol de Shell (un disolvente orgánico inerte).

Darocur™ 1173 es 2-hidroxi-2-metil-1-fenil-propan-1-ona, un fotoiniciador de BASF Resins, Paint &

Coatings.

MeHQ es el monometil éter de hidroquinona, un inhibidor de la polimerización de Merck.

LiNO3 es nitrato de litio de Sigma Aldrich.

LOH.H2O es hidróxido de litio monohidrato de Chemetall.

Viledon® Novatexx 2223-10 es un sustrato poroso de poliolefina no tejido de Freudenberg Filtration

Technologies.

Viledon® Novatexx 2226-14E es un sustrato poroso de poliolefina no tejido de Freudenberg Filtration Technologies.

Tensioactivo era un poliéter siloxano de Evonik.

Tabla 1

Se prepararon composiciones curables mezclando los ingredientes indicados en la Tabla 1 (todas las cantidades son en % en peso con respecto al peso total de la composición curable).

Las composiciones curables resultantes se aplicaron a un soporte de aluminio utilizando una barra de alambre enrollado de 150 pm, a una velocidad de aproximadamente 5 m/min, a mano, seguido de la aplicación de un soporte no tejido. El soporte no tejido se empapó completamente con la composición. Posteriormente, la composición se niveló utilizando un revestidor de varilla enrollada de alambre de 4 micras. La temperatura de las composiciones curables fue de aproximadamente 50°C durante el revestimiento y algo más baja justo antes del curado. Se preparó una membrana curando el soporte revestido utilizando un Light Hammer LH10 de Fusion UV Systems equipado con una bombilla D que trabaja al 100% de intensidad con una velocidad de 30 m/min (una sola pasada). El tiempo de exposición fue de 0,47 segundos. Después del curado, la membrana se almacenó en una solución de NaCl 0,1 M durante al menos 12 horas.

La permselectividad (a (%)), la resistencia eléctrica ER (ohm.cm2) y la permeabilidad al agua (WP) de membranas de intercambio aniónico AEM-A, AEM-B y membranas de intercambio catiónico CEM-A y CEM-B se midieron tal como se describe arriba y los resultados se muestran en la Tabla 2 que figura a continuación:

Tabla 2

Como un ejemplo, el cálculo de la permeabilidad al agua (WP) de membranas CEM-A utilizando la Fórmula (1) anterior se ilustra a continuación con referencia a CEM-A. Al calcular el factor de corrección CF, se supuso que se transportaban 4 moles de agua a través de la membrana por cada mol de iones Na+ o iones Cl-, lo que genera 8 moles de agua transportada por mol de NaCl.

Tabla 3 Propiedades medidas para calcular la permeabilidad al agua (WP) de CEM-A

Concentración molar = (densidad - 0,9985)/0,0403

Cálculo de WPu para CEM-A

La permeabilidad al agua sin corregir (WPu) para la membrana CEM-A se calculó introduciendo los datos de la Tabla 1 en la Fórmula (2) arriba descrita:

AW era ((892,5-763,2) (911,5-774,8)) x 10-6/2 = 0,000133 Mg.

Tiempo era 21,8 horas = 78480 segundos.

Pos era 2 x 1000 x ((0,690 0,522) -(0,190 0,100))/2 x 0,008314 x 294,5 = 2258 kPa.

Dh2o era 1 Mg/m3.

SA era 0,0224 m2.

La permeabilidad al agua sin corregir (WPu) de la membrana CEM-A era, por lo tanto, 0,000133/(0,0224 x 78480 x 1 x 2258) = 33,5 x 10-12 m3/m2.s.kPa.

Cálculo de CF para CEM-A

El factor de corrección CF para CEM-A (corrección de agua salada y capa de hidratación transportada a través de la membrana) se calculó introduciendo los datos de la Tabla 1 en la Fórmula (3) arriba descrita:

Los volúmenes Vh y Vl se calcularon a partir de los correspondientes pesos iniciales y finales medidos Wc1, Wc2, W d1 y W d2, divididos por las correspondientes densidades medidas Dc1, Dc2, Dd1 y Dd2.

CF era, por lo tanto, (((0,690 x 0,7632/1,0263 - 0,522 x 0,8925/1,0195) (0,190 x 0,7748/1,0061 - 0,100 x 0,9115/1,0025)) x 10-6/2 x (58,44 144)/(0,0224 x 78480 x 1 x 2258) = 2,8 x 10-12 m3/m2.s.kPa.

Cálculo de WP para CEM-A

Así, el WP para CEM-A era (33,5 2,8) 10-12 m3/m2.s.kPa = 36,3 x 10-12 m3/m2.s.kPa.

Preparación de Pilas ED

Dos pilas de ED (ED1 y ED2) se prepararon a partir de membranas de intercambio iónico AEM-A y CEM-A (ED1) y de AEM-B y CEM-B (ED2), respectivamente. Cada una de las pilas de ED comprendía una lumbrera de entrada de alimentación, una lumbrera de salida de producto diluido, una lumbrera de salida de producto concentrado, un ánodo, un cátodo, compartimientos de electrodos para cada uno de los ánodos y cátodos, y 20 pares de celdas (en total 21 membranas de intercambio catiónico y 20 de intercambio aniónico) entre el ánodo y el cátodo. Cada una de las celdas comprendía un compartimiento de producto diluido y un compartimiento de producto concentrado formado por una pared hecha de una membrana catiónica y una pared hecha de una membrana aniónica, separadas por espaciadores (de PET, 290 |jm de espesor) tal como se indica en la Fig. 1. En la pila ED1, las membranas catiónicas eran CEM-A y las membranas aniónicas eran AEM-A. En la pila ED2, las membranas catiónicas eran CEM-B y las membranas aniónicas eran AEM-B.

El área de superficie de membrana efectiva de cada una de las pilas de ED1 y ED2 era 100 cm2 (10x10 cm).

Preparación de la Unidad de ED

Una unidad de ED se preparó conectando un tanque de almacenamiento de producto diluido a la lumbrera de entrada de producto diluido y la lumbrera de salida de producto diluido de la pila ED1 y un tanque de almacenamiento de producto concentrado a la lumbrera de entrada de producto concentrado y la lumbrera de salida de producto concentrado de la pila ED1. Se proporcionó una conexión de líquido entre el tanque de almacenamiento de producto diluido de la pila ED1 y el tanque de almacenamiento de producto diluido de la pila ED2, de modo que el contenido del tanque de almacenamiento de producto diluido de la pila ED1 pudiera ser alimentado al tanque de almacenamiento de producto diluido de la pila ED2 después de completar la primera etapa de desalación. También había una conexión de líquido entre el tanque de almacenamiento de producto líquido y el tanque de almacenamiento de producto concentrado de la pila ED2. Por tanto, la pila ED2 estaba aguas abajo de la pila ED1.

Purificación Utilizando la Unidad de ED

Experimentos

La desalación del líquido de alimentación de agua de mar artificial (3% en peso de NaCl en agua, conductividad 48,8 mS/cm) se realizó utilizando la unidad de ED arriba mencionada que comprende la pila ED1 y la pila ED2, conectadas en serie. Al comienzo de la desalación, se bombearon 5 litros del agua de mar artificial desde un tanque de almacenamiento de líquido de alimentación a cada uno de (i) el tanque de almacenamiento de producto diluido para la pila ED1; y (ii) el tanque de almacenamiento de producto concentrado para la pila ED1. El agua de mar artificial se hizo recircular luego a través de los compartimientos de producto diluido y producto concentrado de la pila ED1 a un caudal de 20 L/h correspondiente a una velocidad de flujo de 1 cm/s hasta que la conductividad de la corriente de producto diluido se redujo al valor tal como se indica en la Tabla 4 que figura más adelante ("Conductividad final de ED1"). Luego, la corriente de producto diluido de la pila ED1 se alimentó al tanque de almacenamiento de producto diluido de la pila ED2, en donde se hizo recircular a través del compartimiento de producto diluido de la pila ED2 hasta que tuvo la conductividad final ED2 indicada en la Tabla 4 que figura más adelante. Después de completar la primera etapa de desalación, el contenido del tanque de almacenamiento de producto concentrado de la pila ED1 ya no se utilizó más. El líquido de alimentación para los compartimientos de producto concentrado de la pila ED2 era el agua de mar artificial original. El líquido de alimentación en el compartimiento de producto concentrado de la pila ED2 se hizo recircular a través del compartimiento de producto concentrado de la pila ED2. Durante el procedimiento, los compartimientos de electrodos de las pilas ED1 y ED2 se enjuagaron continuamente con una solución 0,5 M de Na2SO4 a un caudal de 140 L/h. Las bombas utilizadas fueron bombas centrífugas Verdermag del tipo V-MD40C para las corrientes de producto diluido y producto concentrado y del tipo V-MD30 para el enjuague de los compartimientos de los electrodos.

Durante el procedimiento, la corriente y el tensión se monitorizaron así como la conductividad y el nivel de volumen en el tanque de circulación de producto diluido. El consumo de energía se calculó de la siguiente manera:

El consumo de energía (kWh/m3) era

en donde

li es la corriente (A) en t = i;

Vi es el tensión (V) en t = i;

Ati es el intervalo de tiempo entre mediciones (h); y

DVi es el volumen de producto diluido (m3 ) en t = i.

Como Ejemplos Comparativos, los experimentos anteriores se repitieron, pero con membranas idénticas en la pila ED1 y la pila ED2, tal como se indica en la Tabla 4 que figura más adelante. En el Ejemplo Comparativo 1, ambas pilas utilizaron membranas AEM-A y CEM-A. En el Ejemplo Comparativo 2, ambas pilas utilizaron membranas AEM-B y CEM-B. En el Ejemplo 1, la pila ED1 utilizó membranas AEM-A y CEM-A y la pila ED2 utilizó membranas AEM-B y CEM-B (es decir, las propiedades de las membranas en la pila ED1 eran diferentes a las propiedades de las membranas en la pila ED2).

Tabla 4

La Tabla 4 demuestra que se consumió menos energía total cuando las membranas utilizadas en la pila ED1 tenían una resistencia eléctrica menor que las membranas correspondientes utilizadas en la pila ED2 (7 kWh/m3), en comparación con cuando las pilas ED1 y ED2 tenían una idéntica resistencia eléctrica (7,9 o 9,7 kWh/m3).

Los ajustes descritos en la Tabla 4 anterior son solo para demostración. Se puede obtener un rendimiento incluso mejor utilizando un mayor número de pares de celdas por pila y optimizando los ajustes del procedimiento (p. ej., caudal, corriente).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una unidad de electrodiálisis que comprende al menos dos pilas de electrodiálisis ED1 y ED2 conectadas en serie, en donde:

(b) las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2; (c) la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 es 2 a 20 veces menor que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1;

(d) la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 es 2 a 20 veces menor que la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1; y

(e) la pila ED2 está situada aguas abajo de la pila ED1;

en donde la unidad de electrodiálisis está configurada de manera que el producto diluido que sale de la pila ED1 es alimentado a la pila ED2 con el fin de reducir aún más la concentración de iones disueltos en ella.

2. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 es menor que 4 ohm.cm2.

3. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 es menor que 5 ohm.cm2.

4. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED1 es 1,5 a 20 veces menor que la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 y la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED1 es 1,5 a 25 veces menor que la resistencia eléctrica de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2.

5. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la permeabilidad al agua de las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 es menor que 30 x 10-12 m3/m2.s.kPa y la permeabilidad al agua del membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 es menor que 30 x 10-12 m3/m2.s.kPa.

6. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, además, una tercera pila de electrodiálisis ED3 que comprende membranas de intercambio aniónico y membranas de intercambio catiónico y que está ubicada aguas abajo de la pila ED2 y en donde la pila ED3 está conectada en serie a la pila ED2.

7. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 6, en donde las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 tienen una resistencia eléctrica más baja que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2 tienen una resistencia eléctrica menor que las membranas de intercambio catiónico en la pila. ED3.

8. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en donde las membranas de intercambio aniónico en la pila ED3 tienen una permeabilidad al agua menor que las membranas de intercambio aniónico en la pila ED2 y las membranas de intercambio catiónico en la pila ED3 tienen una permeabilidad al agua menor que las las membranas de intercambio catiónico en la pila ED2.

9. Una unidad de electrodiálisis de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las pilas de electrodiálisis están libres de resinas de intercambio iónico en partículas.

10. Un aparato para purificar agua, que comprende una unidad de electrodiálisis de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes y una unidad de electrodesionización situada aguas abajo de la unidad de electrodiálisis.

11. Un procedimiento para purificar un líquido de alimentación acuoso, que comprende hacer pasar el líquido de alimentación a través de una unidad de electrodiálisis de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o un aparato de acuerdo con la reivindicación 10, de manera que el líquido de alimentación se separa en un producto concentrado y un producto diluido.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la densidad de corriente promedio aplicada a la pila ED1 es mayor que la densidad de corriente promedio aplicada a la pila ED2.

13. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, en el que el líquido de alimentación acuoso es o comprende agua de mar o agua salobre y el producto diluido es agua potable.

14. Uso de una unidad de electrodiálisis de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o un aparato de acuerdo con la reivindicación 10 para purificar un líquido de alimentación acuoso.

15. El uso de la reivindicación 14, en el que el líquido de alimentación se purifica para formar agua potable.