ES2864854T3 - Sistema y procedimiento de desalinización - Google Patents

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Abstract

Un sistema de desalinización (10), que comprende: un aparato de desalinización (30) que comprende: electrodos primero y segundo (31,32); un primer grupo de membranas de intercambio iónico emparejadas (36) dispuestas entre los elec- trodos primero y segundo (31,32) para formar un primer grupo de canales primero y segundo alter- nantes (34,35), estando configurados los primeros canales (34) para recibir un primera corriente de alimentación (13) para desalinización y estando configurados los segundos canales (35) para reci- bir un segunda corriente de alimentación (14) para transportar iones extraídos de la primera co- rriente de alimentación, respectivamente; una pluralidad de distanciadores (33) dispuestos entre cada par de membranas de intercambio ió- nico adyacentes y entre los electrodos primero y segundo y las respectivas membranas de inter- cambio iónico; y. en el que cada una de las membranas de intercambio iónico en el primer grupo es una membrana de inter- cambio de cationes, en el que el aparato de desalinización (30) comprende además un segundo grupo (37) de membranas de intercambio iónico emparejadas dispuestas entre el primer grupo (36) de las membranas de intercambio ió- nico y al menos uno de los electrodos primero y segundo (31,32) para formar un segundo grupo de canales primero y segundo alternantes (34',35'), y en el que el segundo grupo de las membranas de intercambio ió- nico comprende una pluralidad de membranas de intercambio de cationes y aniones alternantes; en el que el aparato de desalinización (30) comprende además una resina de intercambio iónico que se lle- na en los primeros canales (34') del segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes; en el que los primeros canales (34') del segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes están configurados para recibir un líquido de los primeros canales del primer grupo de los canales primero y se- gundo alternantes.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento de desalinización
Antecedentes de la revelación
La invención se relaciona generalmente con sistemas de desalinización y procedimientos para la producción de agua pura. Más en particular, esta invención se relaciona con sistemas de desalinización y procedimientos que utili­ zan membranas de intercambio de iones para la eliminación de iones de dureza para una producción de agua de alta pureza.
El agua de alta pureza se utiliza ampliamente en muchos procesos industriales, tales como en calderas de alta pre­ sión en centrales eléctricas, en la producción de elementos semiconductores, en la producción de placas de circuitos impresos, en la producción de circuitos integrados y en la producción de agua de inyección para fines médicos. Típicamente, debido a la operación continua, y la calidad de agua del producto estable y de relativamente mayor calidad, los aparatos de electrodesionización (EDI) han sido empleados para procesar tales corrientes líquidas, por ejemplo para la producción de agua pura. En general, los aparatos de EDI utilizan sistemas convencionales de electrodiálisis con resina de intercambio iónico que se llena en los mismos para procesar las corrientes líquidas. Sin embargo, durante el funcionamiento, debido a que los cationes polivalentes con mayor concentración pueden causar tendencia a la incrustación, los aparatos de EDI tienen una cierta tolerancia a la dureza para las corrientes líquidas que van a ser procesadas. Por ejemplo, la tolerancia a la dureza de los aparatos de EDI es aproximadamente infe­ rior a 1 ppm, lo cual puede requerir un pretratamiento riguroso de los corrientes líquidas para disminuir la dureza de las mismas antes de que los corrientes líquidas sean introducidas en el aparato de EDI.
Ha habido intentos de realizar un pretratamiento de las corrientes líquidas para disminuir la dureza en las mismas. Por ejemplo, se emplean aparatos de ósmosis inversa (OI). Sin embargo, la eficiencia de procesamiento de los apa­ ratos de ósmosis inversa puede ser relativamente menor en la disminución de la dureza en las corrientes líquidas a un cierto nivel adecuado para los aparatos de EDI. Como resultado, el coste de transformación puede aumentar en consecuencia.
El documento JP 2001 097714 A revela un sistema para separar cationes de un corriente de agua por medio de un electrodializador que comprende membranas de intercambio de cationes y aniones alternantes. El documento US 3 893 901revela un sistema para ablandar una corriente de agua por medio de un electrodializador que comprende una pluralidad de canales definidos por membranas de intercambio de cationes. El documento w O 2006/110860 revela un electrodializador que comprende un canal de dilución definido por un par de membranas de intercambio de cationes y un canal definido por una membrana de intercambio de cationes y de aniones.
Existe la necesidad de un sistema de desalinización nuevo y mejorado y un procedimiento para eliminar iones de dureza para la producción de agua de alta pureza.
Breve descripción de la revelación
Se proporciona un sistema de desalinización de acuerdo con la reivindicación 1.
Una realización de la invención proporciona además un procedimiento para eliminar iones de una corriente acuosa de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende hacer pasar una primera corriente de alimentación a través de los primeros canales de un primer grupo de canales primero y segundo alternantes definidos por un primer grupo de membranas de intercambio de cationes emparejadas de un aparato de desalinización para eliminar iones para pro­ ducir una primera corriente de salida, y hacer pasar una segunda corriente de alimentación a través de los segundos canales del primer grupo de canales primero y segundo alternantes definidos por el primer grupo de las membranas de intercambio de cationes emparejadas del aparato de desalinización para llevarse los iones retirados de la primera corriente de alimentación.
Estas y otras ventajas y características se entenderán mejor a partir de la descripción detallada que sigue de las realizaciones preferidas de la invención que se proporciona en conexión con los dibujos que se acompañan.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de desalinización;
la figura 2 es el diagrama esquemático de un aparato de desalinización;
la figura 3 es un gráfico experimental que ilustra la eficiencia de la eliminación de iones de dureza del apa­ rato de desalinización de acuerdo con una realización de la invención; y.
la figura 4 es un diagrama esquemático del sistema de desalinización de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de la invención
Las realizaciones preferidas de la presente revelación serán descritas a continuación con referencia al dibujo que se acompaña 4. En la siguiente descripción, las funciones o construcciones bien conocidas no se describen en detalle para evitar oscurecer la revelación en detalle innecesario.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de desalinización 10. Como se ilustra en la figura 1, el siste­ ma de desalinización 10 comprende un aparato de desalinización 11 y un aparato de electrodesionización (EDI) 12 en comunicación de fluido con el aparato de desalinización 11.
En algunas realizaciones, el aparato de desalinización 11 está configurado para recibir una primera corriente de alimentación 13 que tiene sales u otras impurezas, de una primera fuente de líquido (no mostrada) para realizar la desalinización y para recibir una segunda corriente de alimentación 14 de una segunda fuente de líquido (no mos­ trada) durante o después de la desalinización de la primera corriente de alimentación 13 con el fin de sacar las es­ pecies cargadas o los iones objetivo retirados de la primera corriente de alimentación 13 del aparato de desalinización 11.
En ejemplos no limitativos, las sales de la primera corriente de alimentación 13 pueden incluir iones cargados, tales como sodio (Na+), cloro (C l- ), iones de dureza, incluidos magnesio (Mg2+) y/o calcio (Ca2+), y/u otros iones. En un ejemplo, los iones cargados en la primera corriente 13 incluyen al menos iones objetivo, tales como una porción de los iones de dureza.
De esta manera, debido a la desalinización del aparato de desalinización 11, al menos una parte de los iones carga­ dos o objetivo, incluidos los iones de dureza en la primera corriente de alimentación 13, puede ser eliminada. Como resultado, se produce una primera corriente de salida 15 y a continuación se pueden introducir en el aparato de EDI 12 para su procesamiento adicional, que puede ser un líquido diluido y tener una menor concentración de las espe­ cies cargadas, tales como los iones de dureza, en comparación con la primera corriente de alimentación 13. Mien­ tras tanto, también se produce una segunda corriente de salida (una corriente concentrada) 16, que tiene una mayor concentración de especies cargadas, tales como los iones de dureza que la segunda corriente de alimentación 14. En algunas aplicaciones, la primera corriente de salida 15 puede circular en el aparato de desalinización 11 o intro­ ducirse en cualquier otro aparato de desalinización adecuado, tal como los aparatos de ósmosis inversa para su posterior procesamiento para eliminar los iones cargados en el mismo antes de su introducción en el aparato de EDI 12. En algunas aplicaciones, el aparato de EDI puede ser utilizado, o no, en base a diferentes aplicaciones.
Como se utiliza en la presente memoria descriptiva, el término "EDI" significa un proceso de purificación electroquí­ mico que utiliza membranas de intercambio iónico y una resina de intercambio iónico para eliminar los iones objetivo o las especies cargadas del agua u otros fluidos con el fin de producir agua de mayor calidad, por ejemplo, agua pura o ultrapura.
En ejemplos no limitativos, el aparato de EDI 12 comprende un par de electrodos configurados para actuar como ánodo y cátodo, respectivamente. Una pluralidad de membranas de intercambio de aniones y cationes alternantes se dispone entre el ánodo y el cátodo para formar una pluralidad de canales primero y segundo alternantes entre ellos, que también se denominan canales de diluido y de concentrado en condiciones de funcionamiento. Una plura­ lidad de distanciadores se dispone entre cada par de membranas, y entre los electrodos y las respectivas membra­ nas adyacentes, que pueden ser similares a la estructura de un aparato de electrodiálisis (ED). De manera similar, la(s) membranas de intercambio de aniones están configuradas para que puedan ser transitables por los aniones. Las membranas de intercambio de cationes están configuradas para que puedan ser transitables por los cationes. Además, en base a diferentes aplicaciones, la resina de intercambio iónico puede llenarse en los primeros canales o en los segundos canales para facilitar el transporte de iones, mejorando la conductividad entre las membranas de intercambio iónico adyacentes, y la división electroquímica del agua. En ejemplos no limitativos, la resina de inter­ cambio iónico puede llenarse en los primeros canales (diluidos).
En algunas disposiciones, los electrodos del aparato de EDI 12 pueden estar en forma de placas que se disponen paralelas unas a las otras para formar una estructura apilada. Alternativamente, los electrodos pueden estar dis­ puestos en diferentes configuraciones. Por ejemplo, los electrodos pueden estar dispuestos concéntricamente con una espiral y un espacio continuo entre ellos. En algunas aplicaciones, los electrodos pueden incluir materiales con­ ductores de electricidad. Los distanciadores pueden comprender cualquier material no conductor permeable electró­ nicamente a los iones, incluyendo membranas y materiales porosos y no porosos.
En ejemplos no limitativos, el cátodo puede incluir acero inoxidable. El ánodo puede incluir óxido de iridio o titanio recubierto de platino. La membrana de intercambio de aniones puede comprender un material polimérico que incluye grupos de aminas cuaternarias. La membrana de intercambio de cationes puede comprender un material polimérico que incluye grupos de ácido sulfónico y/o grupos de ácido carboxílico. La resina de intercambio iónico puede incluir poliestireno reticulado u otros materiales adecuados.
Como consecuencia, durante la operación, se aplica una corriente eléctrica al aparato de EDI 12. La primera corrien­ te de salida 15 del aparato de desalinización 11 se introduce en los canales de diluido llenos de resina de intercam­ bio iónico para la posterior eliminación de los iones objetivo, tales como los iones de dureza que contiene para pro­ ducir un producto fluido 17 de mayor calidad. Se introduce una tercera corriente 18 desde una fuente de líquido (no mostrada) en los canales de concentrado para llevar los iones objetivo eliminados de los canales de diluido respecti­ vos fuera del aparato de EDI 12 con el fin de producir un líquido concentrado 19. En determinadas aplicaciones, el fluido del producto 17 podrá circular en el aparato de EDI 12 para su posterior transformación.
Mientras tanto, se producen reacciones de división de agua en la resina de intercambio iónico en los primeros cana­ les para producir H+ y OH - para la regeneración de la resina de intercambio iónico para facilitar el funcionamiento continuo. Una corriente electrolítica (no mostrada) puede pasar a través de las superficies de los electrodos para eliminar gases, tales como el hidrógeno y el cloro generados durante la operación para proteger los electrodos. En general, el aparato de EDI 12 tiene una tolerancia de dureza para un líquido que debe ser procesado en el mis­ mo. Por ejemplo, la tolerancia a la dureza de los aparatos de EDI puede ser de aproximadamente menos de 1 ppm. Con el fin de reducir la dureza del líquido a un nivel adecuado para aliviar o evitar la tendencia a la incrustación o al ensuciamiento en el aparato de EDI 12 durante el procesamiento, como se muestra en la figura 1, el aparato de desalinización 11 se emplea para pretratar la primera corriente de alimentación 13 para producir la primera corriente de salida 15 con un nivel adecuado de los iones objetivo, incluidos, pero no limitados a los iones de dureza.
La figura 2 ilustra un diagrama esquemático de un aparato de desalinización. Como se ilustra en la figura 2, el apara­ to de desalinización 11 comprende un primer electrodo 20, un segundo electrodo 21, una pluralidad de membranas de intercambio de cationes 22 y una pluralidad de distanciadores 23. En el ejemplo ilustrado, el electrodos primero y segundo 20, 21 están conectados a terminales positivos y negativos de una fuente de alimentación (no mostrada) para actuar como un ánodo y un cátodo, respectivamente. Alternativamente, la polaridad del electrodos primero y segundo 20, 21 puede ser invertida.
En algunos ejemplos, el electrodos primero y segundo 20, 21 pueden incluir materiales metálicos de diferentes for­ mas, tales como placas de titanio o placas de titanio recubiertas de platino. En otros ejemplos, el electrodos primero y segundo 20, 21 pueden incluir materiales conductores eléctricos, que pueden ser, o no, conductores térmicos, y pueden tener partículas de menor tamaño y grandes áreas superficiales. En algunos ejemplos, el material conductor eléctricamente puede incluir uno o más materiales de carbono. Ejemplos no limitativos de los materiales de carbono incluyen partículas de carbono activo, partículas de carbono poroso, fibras de carbono, aerogeles de carbono, microesferas de mesocarbono porosas, o combinaciones de ellas. En otros ejemplos, los materiales conductores eléc­ tricamente pueden incluir un compuesto conductor, tal como óxidos de manganeso o hierro, o ambos, o carburos de titanio, circonio, vanadio, tungsteno o combinaciones de éstos.
En el ejemplo ilustrado, el electrodos primero y segundo 20, 21 son en forma de placas que están dispuestas parale­ las unas a las otras para formar una estructura apilada. En otros ejemplos, el electrodos primero y segundo 20, 21 pueden tener formas variadas, tales como una lámina, un bloque o un cilindro. Además, el electrodos primero y segundo 20, 21 pueden estar dispuestos en diferentes configuraciones. Por ejemplo, el primer y el segundo electro­ dos 20, 21 pueden estar dispuestos concéntricamente con una espiral y un espacio continuo entre ellos.
Las membranas de intercambio de cationes 22 están configuradas para ser transitables para cationes y se disponen entre el electrodos primero y segundo 20, 21 para formar una pluralidad de canales primero y segundo 24, 25 alter­ nantes entre ellos, que también se denominan canales de diluido y de concentrado en condiciones de funcionamien­ to, respectivamente. En el ejemplo ilustrado, se emplean cuatro membranas de intercambio de cationes 22 para formar un primer canal 24 y dos segundos canales 25, que están dispuestos alternadamente. Alternativamente, se pueden emplear al menos tres membranas de intercambio de cationes 22 para formar uno o más primeros canales y uno o más segundos canales entre el electrodos primero y segundo 20, 21.
En algunas aplicaciones, las membranas de intercambio de cationes 22 pueden comprender membranas de inter­ cambio de cationes normales configuradas para ser transitables no solo por los aniones monovalentes sino también por los aniones polivalentes. En ciertas aplicaciones, basadas en diferentes aplicaciones, por ejemplo, para la elimi­ nación de cationes monovalentes, el aparato de desalinización 11 puede incluir una o más membranas de intercam­ bio de cationes monovalentes. Por lo tanto, las membranas de intercambio de cationes normales y las membranas de intercambio de cationes monovalentes pueden estar dispuestas alternativamente para facilitar la eliminación de los iones de dureza. Entre los ejemplos no limitativos de materiales adecuados para su uso en las membranas de intercambio de cationes normales se incluye un material polimérico que incluye grupos de ácido sulfónico y/o grupos de ácido carboxílico para la transmisión de los cationes.
Los distanciadores 23 se disponen entre cada pareja de dos membranas de intercambio iónico adyacentes 22, y entre el electrodos primero y segundo 20, 21 y las membranas adyacentes respectivas 22. En algunas realizaciones, los distanciadores 23 pueden comprender cualquier material electrónicamente no conductor permeable a los iones, incluyendo membranas y materiales porosos y no porosos.
En consecuencia, durante el funcionamiento, cuando el aparato de desalinización 11 se encuentra en estado de polaridad normal, mientras se aplica corriente eléctrica al aparato de desalinización 11, se introducen líquidos, como la primera y la segunda corrientes 13, 14 en el primer canal 24 y en los segundos canales 25, respectivamente. En determinadas aplicaciones, la primera y la segunda corrientes 13, 14 pueden, o no, introducirse simultáneamente en el aparato de desalinización 11.
Cuando la primera y la segunda corrientes 13, 14 pasan a través de los respectivos canales de diluido y de concentrados24, 25, debido a la presencia de las membranas de intercambio de cationes 22 en el canal de diluido 24, al menos una porción de los iones objetivo, tales como Mg2+ y Ca2+, y otros cationes, tales como Na+ en la primera corriente de alimentación 13 pueden migrar a través de las respectivas membranas de intercambio de cationes 22 hacia el ánodo 20 para entrar en los canales de concentrado 25. Los aniones, tales como el C l- en la primera co­ rriente de alimentación 13 no pueden migrar a través de la membrana de intercambio de aniones correspondiente y permanecen en el canal de diluido 24.
En los canales de concentrado 25, los aniones, tales como el C l- - en la segunda corriente de alimentación 14 no pueden migrar a través de la membrana de intercambio de aniones 22 y permanecen en ella. En determinadas apli­ caciones, una parte de los cationes objetivo eliminados, tales como Mg2+ y/o Ca2+ migrados a los canales de concen­ trado 25 desde la primera corriente de alimentación 13 en el canal de diluido 24 y otros cationes, tales como Na+, pueden migrar aún más a través de las membranas de intercambio de cationes 22 para entrar en el canal o canales de diluido 24 desde los canales de concentrado adyacentes respectivos 25 durante la operación.
En ejemplos no limitativos, para evitar que al menos una parte de los iones objetivo eliminados migren a los canales de concentrado 25 desde los canales de diluido 24 entren en los canales de diluido 24 para volver a entrar en la primera corriente de alimentación 13, la segunda corriente de alimentación 14 puede incluir cationes monovalentes activos, tales como Na+ (que se denomina como una corriente rica en Na+ ), que pueden transportar al menos una porción mayor de la corriente iónica que los iones objetivo migrados a los canales de concentrado 25 desde el canal de diluido 24 cuando los cationes migran desde los canales de concentrado 25 a los canales de diluido respectivos 24 durante el funcionamiento.
En ejemplos no limitativos, una concentración de los cationes monovalentes activos puede ser mayor que una con­ centración de los iones objetivo eliminados en los canales de concentrado respectivos 25. En algunos ejemplos, la movilidad iónica de los iones monovalentes activos puede ser mayor que la movilidad iónica de los iones objetivo eliminados en los canales de concentrado respectivos 25 cuando se migra de los canales de concentrado 25 a los canales de diluido respectivos 24. En otros ejemplos, las cantidades de los cationes monovalentes activos en la segunda corriente de alimentación 14 pueden ser superiores a las cantidades de los iones objetivo eliminados en los canales de concentrado 25 cuando migran desde los canales de concentrado 25 a los canales de diluido respectivos 24.
Como resultado, al menos una porción mayor de los cationes monovalentes activos en la segunda corriente de ali­ mentación 14 en los canales de concentrado 25 puede migrar a través de la membrana de intercambio de cationes 22 para entrar en el canal de diluido adyacente 24. En consecuencia, durante el funcionamiento, puesto que los cationes monovalentes activos en la segunda corriente de alimentación 14 pueden transportar al menos una porción mayor de la corriente iónica que los iones objetivo eliminados en los canales de concentrado 25 cuando se continúa migrando desde los canales de concentrado 25 a los canales de diluido respectivos 24 durante la operación, al me­ nos una porción mayor de los iones objetivo eliminados migrados a los canales de concentrado 25 desde los canales de diluido 24 no podrá migrar a través de las membranas de intercambio de cationes 22 para entrar adicionalmente en los canales de diluido 24 para permanecer en los canales de concentrado respectivos 25 con el fin de aumentar la eficiencia de los iones objetivo eliminados de la primera corriente de alimentación 13.
Para algunas disposiciones, con el fin de aumentar la corriente iónica transportada por los cationes monovalentes activos en la segunda corriente de alimentación 14 cuando se migraron a los canales de diluido 24 desde el canal de concentrado 25, como se ilustra en la figura 1, el sistema de desalinización 10 comprende además una unidad de ajuste de iones 26 en comunicación de fluido con la segunda corriente de alimentación 14 para facilitar que la co­ rriente iónica transportada por los aniones monovalentes activos en la segunda corriente de alimentación 14 sea mayor que la corriente iónica transportada por los iones objetivo en los canales de concentrado 25 cuando migraron de los canales de concentrado 25 a los canales de diluido respectivos 24. En ejemplos no limitativos, los cationes monovalentes activos pueden incluir Na+, K+ o H+. En un ejemplo, la unidad de ajuste de iones 26 introduce una solución de cloruro sódico en la segunda corriente de alimentación 14 para aumentar la concentración de los iones monovalentes activos, tales como los iones de sodio (Na+). En determinadas aplicaciones, se puede emplear o no la unidad de ajuste de iones 26.
En consecuencia, como se muestra en la figura 2, durante la operación, la segunda corriente de alimentación 14 pasa a través de los canales de concentrado 25 para transportar al menos una parte de los aniones objetivo retira­ dos, tales como los iones de dureza que emigran desde los canales de diluido 24 del aparato de desalinización 11, de manera que la primera corriente de salida 15 que tiene un nivel adecuado de iones de dureza entra entonces en el aparato de EDI 12 para su posterior procesamiento.
En algunos ejemplos, la polaridad del electrodos primero y segundo 20, 21 del aparato de desalinización 11 puede ser invertida. En el estado de polaridad invertida, los canales de diluido 24 del estado de polaridad normal pueden actuar como canales de concentrado para recibir la segunda corriente de alimentación 14, y los canales de concen­ trado 25 del estado de polaridad normal pueden funcionar como canales de diluido para recibir la primera corriente de alimentación 13 para la desalinización, por ejemplo, para la eliminación de los iones de dureza en la primera corriente de alimentación 13 y la reducción de la tendencia de ensuciamiento de los aniones y cationes en el aparato de desalinización 11.
Se debe hacer notar que las disposiciones de la figura 2 son meramente ilustrativas. En algunas aplicaciones, el aparato de desalinización 11 puede emplearse para eliminar diferentes iones objetivo utilizando diferentes cationes activos. En el ejemplo ilustrado, los iones objetivo que se van a eliminar incluyen al menos los iones de dureza, y los iones activos en la segunda corriente de alimentación 14 incluyen Na+. En otros ejemplos, los iones activos pueden incluir, pero sin limitación, K+ y H+.
La figura 3 es un gráfico experimental que ilustra la eficiencia de eliminación de iones de dureza del aparato de desalinización 11 de acuerdo con una realización de la invención. En este ejemplo experimental, el aparato de desalinización 11 comprende nueve membranas de intercambio de cationes 22. El voltaje de CC en el aparato de desalinización 11 es de aproximadamente 5 voltios. Como se ilustra en la figura 3, durante el proceso continuo en aproxi­ madamente 50 minutos en el aparato de desalinización 11, la primera corriente de alimentación 13 que tiene una dureza de aproximadamente 13 ppm se procesa para producir la primera corriente de salida (corriente de producto) 15 con una dureza de aproximadamente 3 ppm.
De esta manera, alrededor del 77% de los iones de dureza pueden ser retirados de la primera corriente de alimenta­ ción y la dureza de la corriente de producto 15 permanece alrededor de 3 ppm durante el funcionamiento, lo que puede indicar que el aparato de desalinización 11 tiene una eficiencia de eliminación relativamente más alta y esta­ ble de los iones de dureza.
En el ejemplo ilustrado en la figura 1, el desalinizador 11 y el aparato de EDI 12 están dispuestos por separado. En la invención, como se ilustra en la figura 4, el aparato de desalinización 11 y el aparato de EDI 12 del sistema de desalinización 10 se disponen de manera unitaria utilizando un cátodo común y un ánodo común para actuar como aparato de desalinización 30. Los mismos números en las figuras 1 - 2 y 4 pueden indicar elementos similares. Para facilitar la ilustración, algunos elementos, por ejemplo, la resina de intercambio iónico no se ilustran en la disposición de la figura 4.
Como se muestra en la figura 4, el aparato de desalinización 30 comprende un primer electrodo 31, un segundo electrodo 32, una pluralidad de membranas de intercambio iónico 38, 39, 40, y una pluralidad de distanciadores 33. En el ejemplo ilustrado, el electrodos primero y segundo 31, 32 están conectados a terminales positivos y negativos de una fuente de alimentación (no mostrada) para actuar como un ánodo y un cátodo, respectivamente.
En algunas aplicaciones, el electrodos primero y segundo 31, 32 pueden incluir materiales conductores de electrici­ dad. En ejemplos no limitativos, el cátodo puede incluir acero inoxidable. El ánodo puede incluir óxido de iridio o titanio recubierto de platino. Para algunos disposiciones, el electrodos primero y segundo 31, 32 pueden ser en for­ ma de placas que se disponen paralelas unas a las otras para formar una estructura apilada. Alternativamente, los electrodos pueden estar dispuestos en diferentes configuraciones. Por ejemplo, el primer y el segundo electrodos 31, 32 pueden estar dispuestos concéntricamente con una espiral y un espacio continuo entre ellos.
En el ejemplo ilustrado, las membranas de intercambio iónico se dividen en grupos primero y segundo 36, 37 dis­ puestos entre el electrodos primero y segundo 31, 32 para formar primeros grupos de canales primero y segundo alternantes 34 - 35, y segundo grupo de canales primero y segundo alternantes 34' - 35' entre ellos, que también se denominan grupos primero y segundo de canales de diluido y de concentrado en condiciones de funcionamiento, respectivamente. En ejemplos no limitativos, cada uno de los grupos primero y segundo de los primero y segundo canales alternantes puede estar compuesto por una pluralidad de los canales primero y segundo alternantes.
El segundo grupo 37 está dispuesto entre el primer grupo 36 y el primer electrodo 31 de modo que los primeros canales 34' del segundo grupo de canales primero y segundo 34' - 35' estén configurados para recibir un líquido del primer canal 34 del primer grupo del canales primero y segundo 34 - 35 en el primer grupo 36 para un procesamien­ to adicional. Se forma un canal de concentrado 35 entre los grupos primero y segundo 36, 37. Como alternativa, el segundo grupo 37 puede estar dispuestos entre el primer grupo 36 y el segundo electrodo 32. Cada una de las membranas de intercambio iónico del primer grupo 36 comprende una membrana de intercambio iónico de cationes 38. El segundo grupo 37 comprende una pluralidad de membranas alternantes de intercambio de cationes y aniones 39, 40 para formar el segundo grupo de los canales alternantes de diluido y concentrado 34', 35'.
En algunos ejemplos, cada una de las membranas de intercambio iónico de cationes 38 del primer grupo 36 puede comprender materiales similares a los materiales de la membrana de intercambio de cationes 22 en la figura 2. Ejemplos no limitativos de las membranas de intercambio de cationes y aniones 39, 40 del segundo grupo 37 inclu­ yen materiales similares a las membranas de intercambio de cationes y aniones respectivas en el aparato de electrodesionización (EDI) 12.
En ciertas aplicaciones, durante la operación, con el fin de proteger la membrana de intercambio iónico del segundo grupo 37, por ejemplo, la membrana de intercambio de aniones 40 que está dispuesta junto al primer grupo 36 para soportar una mayor diferencia de presión, el grosor de la membrana de intercambio de aniones 40 adyacente al primer grupo 36 puede ser más grueso que el grosor de otras membranas de intercambio iónico, que no son adya­ centes a los electrodos respectivos 31, 32, en los grupos primero y segundo 36, 37. En ejemplos no limitativos, el grosor de la membrana de intercambio de aniones 40 adyacente al primer grupo 36 puede estar en un rango de 1mm a 3 mm, por ejemplo, 2 mm. En otros ejemplos, las membranas adyacentes al electrodos primero y segundo 31, 32 también pueden tener un mayor grosor, por ejemplo en un rango de 1mm a 3 mm, tal como 2 mm.
Los distanciadores 33 se disponen entre cada par de membranas de intercambio iónico adyacentes, y entre los electrodos primero y segundo 31, 32 y las membranas adyacentes respectivas 38, 39. En algunas realizaciones, los distanciadores 33 también pueden comprender cualquier material no conductor electrónico permeable a los iones, incluyendo membranas y materiales porosos y no porosos.
En consecuencia, de manera similar a las disposiciones de la figura 2, durante el funcionamiento, mientras se aplica corriente eléctrica al desalinizador 30, se introducen líquidos, tales como la primera corriente de alimentación 13, en el primer canal (de diluido) 34. La segunda corriente de alimentación 14 se introduce en el segundo canal (de con­ centrado) 35 en el primer grupo 36 y entre los grupo primero y segundo 36, 37 respectivamente. Como resultado, por lo menos una porción de los iones objetivo incluyendo, pero no limitado a los iones de dureza puede ser elimina­ da de la primera corriente de alimentación 13 para producir una primera corriente de salida (una corriente de diluido) 15. La segunda corriente de alimentación 14 transporta al menos una parte de los iones objetivo retirados de la pri­ mera corriente de alimentación 13 del dispositivo de desalinización 30 durante o después de la desalinización de la primera corriente de alimentación 13 para producir una segunda corriente de salida (una corriente de concentrado) 16.
Posteriormente, de manera similar al aparato de EDI 12 que se muestra en la figura 1, la primera corriente de salida 15 del primer grupo 36 se introduce en los canales de diluido 34' llenos con la resina de intercambio iónico (no mos­ trada) del segundo grupo 37 para la posterior eliminación de los iones objetivo, tales como los iones de dureza para producir un producto fluido 17 de mayor calidad. Mientras tanto, se producen reacciones de división de agua en la resina de intercambio iónico en los canales de diluido de 34' para la regeneración de la resina de intercambio iónico. Se introduce una tercera corriente 18 procedente de una fuente de líquido (no mostrado) en los canales de concen­ trado 35' del segundo grupo 37 para transportar los iones eliminados de los canales de diluido respectivos 34' del dispositivo de desalinización 30 para producir un fluido concentrado 19.
Se debe hacer notar que la disposición en la figura 4 es de acuerdo con la invención. En el ejemplo ilustrado, el aparato de EDI 12 está integrado con el aparato de desalinización 11 que se muestra en la figura 1. Alternativamen­ te, otros aparatos de desalinización, tales como aparatos de electrodiálisis (ED) o aparatos de reversión de electrodiálisis (e Dr ) también pueden estar dispuestos unitariamente con el aparato de desalinización 11 usando un cátodo común y un ánodo común. Del mismo modo, también se pueden eliminar otros iones objetivo, incluidos, pero no limitados a los iones de dureza. En algunos ejemplos, la polaridad de los electrodos primero y segundo 31, 32 puede ser invertida.
En las realizaciones de la invención, el aparato de desalinización 11 emplea las membranas de intercambio de iones cationes para procesar un líquido para la eliminación de los iones objetivo, tales como los iones de dureza en el mismo, que tiene una eficiencia de eliminación estable y relativamente mayor. Como resultado, cuando el líquido que tiene un nivel de concentración adecuado de los iones objetivo se introduce en el aparato de EDI para su proce­ samiento posterior, los problemas de incrustación o ensuciado pueden evitarse o aliviarse de modo que el aparato de EDI mantenga un funcionamiento continuo y estable. Además, el aparato de desalinización 11 puede estar dis­ puestos por separado de o unitario con el aparato de de EDI u otros aparatos de desalinización, lo que mejora la flexibilidad del sistema para el procesamiento de un líquido.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de desalinización (10), que comprende:
un aparato de desalinización (30) que comprende:
electrodos primero y segundo (31,32);
un primer grupo de membranas de intercambio iónico emparejadas (36) dispuestas entre los elec­ trodos primero y segundo (31,32) para formar un primer grupo de canales primero y segundo alter­ nantes (34,35), estando configurados los primeros canales (34) para recibir un primera corriente de alimentación (13) para desalinización y estando configurados los segundos canales (35) para reci­ bir un segunda corriente de alimentación (14) para transportar iones extraídos de la primera co­ rriente de alimentación, respectivamente;
una pluralidad de distanciadores (33) dispuestos entre cada par de membranas de intercambio ió­ nico adyacentes y entre los electrodos primero y segundo y las respectivas membranas de inter­ cambio iónico; y.
en el que cada una de las membranas de intercambio iónico en el primer grupo es una membrana de inter­ cambio de cationes,
en el que el aparato de desalinización (30) comprende además un segundo grupo (37) de membranas de intercambio iónico emparejadas dispuestas entre el primer grupo (36) de las membranas de intercambio ió­ nico y al menos uno de los electrodos primero y segundo (31,32) para formar un segundo grupo de canales primero y segundo alternantes (34',35'), y en el que el segundo grupo de las membranas de intercambio ió­ nico comprende una pluralidad de membranas de intercambio de cationes y aniones alternantes;
en el que el aparato de desalinización (30) comprende además una resina de intercambio iónico que se lle­ na en los primeros canales (34') del segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes;
en el que los primeros canales (34') del segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes están configurados para recibir un líquido de los primeros canales del primer grupo de los canales primero y se­ gundo alternantes.
2. El sistema de desalinización (10) de la reivindicación 1, en el que las membranas de intercambio de cationes (38) en el primer grupo de membranas de intercambio iónico emparejadas comprenden membranas de inter­ cambio de cationes normales alternantes y membranas de intercambio de cationes monovalentes.
3. El sistema de desalinización (10) de la reivindicación 1, que comprende además una unidad de ajuste de iones (26) en comunicación de fluido con el aparato de desalinización (30) y está configurado para aumentar las can­ tidades de iones activos en la segunda corriente de alimentación.
4. El sistema de desalinización (10) de la reivindicación 3, en el que la unidad de ajuste de iones (26) está configu­ rada para introducir una solución de cloruro sódico en la segunda corriente de alimentación (14) con el fin de aumentar las cantidades de iones activos.
5. El sistema de desalinización (10) de la reivindicación 1, en el que el aparato de desalinización (30) está configu­ rado para eliminar al menos una porción de iones de dureza en la primera corriente de alimentación (13).
6. Un procedimiento para eliminar iones de una corriente acuosa, que comprende:
pasar una primera corriente de alimentación (13) a través de los primeros canales (34) de un primer grupo de canales primero y segundo alternantes (34,35) definidos por un primer grupo de membranas de inter­ cambio de cationes emparejadas (38) de un aparato de desalinización (30) para eliminar al menos una por­ ción de cationes para producir una primera corriente de salida (15); y
pasar un segunda corriente de alimentación (14) a través de los segundos canales (35) del primer grupo de los canales primero y segundo alternantes definidos por el primer grupo de las membranas de intercambio de cationes emparejadas (38) del aparato de desalinización (30) para llevar al menos una porción de los ca­ tiones eliminados de la primera corriente de alimentación, en el que el aparato de desalinización (30) com­ prende:
electrodos primero y segundo (31,32);
el primer grupo de membranas de intercambio de cationes emparejadas (38) está dispuesto entre los electrodos primero y segundo (31,32) para formar el primer grupo de los canales primero y se­ gundo alternantes; y.
una pluralidad de distanciadores (33) dispuestos entre cada par de membranas de intercambio ió­ nico adyacentes y entre los electrodos primero y segundo y las respectivas membranas de inter­ cambio iónico; y.
en el que el aparato de desalinización (30) comprende además un segundo grupo (37) de membranas de intercambio iónico emparejadas dispuestas entre el primer grupo (36) de las membranas de intercambio de cationes y al menos uno de los electrodos primero y segundo (31,32) para formar un segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes (34',35'), y en el que el segundo grupo de las membranas de inter­ cambio iónico comprende una pluralidad de membranas de intercambio de cationes y aniones alternantes en el que el aparato de desalinización (11) comprende además resina de intercambio iónico que llena los primeros canales del segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes y.
pasar la primera corriente de salida (15) a través de los primeros canales (34') de un segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes definidos por un segundo grupo de membranas de intercambio ióni­ co emparejadas del aparato de desalinización para la eliminación de iones; y.
pasar una tercera corriente (18) a través de los segundos canales (35') del segundo grupo de los canales primero y segundo alternantes definidos por el segundo grupo de las membranas de intercambio iónico emparejadas del aparato de desalinización para llevarse los iones extraídos de la primera corriente de sali­ da.
7. El procedimiento de desalinización de la reivindicación 6, que comprende además cantidades cada vez mayores de cationes activos en la segunda corriente de alimentación (14) antes de que se introduzca la segunda corrien­ te de alimentación en el aparato de desalinización (30).
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