RU2230036C1 - Method of demineralization of water in an electrodialyzer - Google Patents
Method of demineralization of water in an electrodialyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230036C1 RU2230036C1 RU2003101116/15A RU2003101116A RU2230036C1 RU 2230036 C1 RU2230036 C1 RU 2230036C1 RU 2003101116/15 A RU2003101116/15 A RU 2003101116/15A RU 2003101116 A RU2003101116 A RU 2003101116A RU 2230036 C1 RU2230036 C1 RU 2230036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- demineralization
- electrodes
- water
- anodes
- desalination
- Prior art date
Links
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической, молочной отраслях промышленности, преимущественно в водоподготовке для получения питьевой воды.The invention relates to electrochemical technology and can be used in the energy, chemical, metallurgical, dairy industries, mainly in water treatment for drinking water.
Известен способ очистки водных растворов электродиализом в электродиализаторе с использованием химически стойких электродов из платинированного титана (Смагин В.Н. Обработка воды методом электродиализа. - М.: Стройиздат, 1986, с.110).A known method of purification of aqueous solutions by electrodialysis in an electrodialyzer using chemically resistant electrodes made of platinum titanium (Smagin V.N. Water treatment by electrodialysis method. - M.: Stroyizdat, 1986, p. 110).
Однако дефицитность платины препятствуют широкому распространению этих электродов.However, platinum deficiency prevents the widespread distribution of these electrodes.
Известен способ очистки водного раствора сульфата цинка методом электродиализа с использованием графитовых анода и катода (патент СССР №1837950, кл. В 01 D 61/44, 1993).A known method of purification of an aqueous solution of zinc sulfate by electrodialysis using a graphite anode and cathode (USSR patent No. 1837950, CL 01 D 61/44, 1993).
Данные электроды сравнительно быстро выходят из строя, особенно в присутствии органических веществ, обладают невысокой электропроводностью, разрушаются при работе с высокими плотностями тока.These electrodes fail relatively quickly, especially in the presence of organic substances, have low electrical conductivity, and are destroyed when working with high current densities.
Наиболее близким по технической сущности является способ обессоливания воды в электродиализаторе с периодическим изменением полярности электродов и одновременным с ним переключением потоков камер обессоливания и концентрирования (авторское свидетельство СССР №982712, кл. В 01 D 13/02, 1982).The closest in technical essence is the method of desalination of water in the electrodialyzer with a periodic change in the polarity of the electrodes and at the same time switching the flows of the desalination and concentration chambers (USSR author's certificate No. 982712, class 01 D 13/02, 1982).
Изменение полярности электродов по существу означает изменение направления движения электрического тока. Известный способ осуществляется с использованием графитовых электродов.Changing the polarity of the electrodes essentially means changing the direction of movement of the electric current. The known method is carried out using graphite electrodes.
Данные электроды сравнительно быстро выходят из строя, особенно при опреснении соленой воды, при этом невозможно повышение плотности тока, что, в свою очередь, не обеспечивает высокой степени обессоливания и, как следствие, производительность процесса очень низкая.These electrodes fail relatively quickly, especially during desalination of salt water, while it is impossible to increase the current density, which, in turn, does not provide a high degree of desalination and, as a result, the productivity of the process is very low.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности достижения высоких плотностей тока, что позволяет повысить степень обессоливания и увеличить производительность процесса.The technical result of the present invention is the ability to achieve high current densities, which allows to increase the degree of desalination and to increase the productivity of the process.
Сущность изобретения состоит в том, что в известном способе обессоливания воды в электродиализаторе с чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, образующими камеры концентрирования и обессоливания, с периодическим изменением направления движения электрического тока и одновременным с ним переключением потоков камер обессоливания и концентрирования, используют две пары электродов, работающих попеременно для изменения направления движения электрического тока, причем анод одной пары и катод другой пары находятся по одну сторону фильтр-прессного пакета. Аноды выполнены из пленкообразующего металла с покрытием из оксидов металлов, а катоды - из некорродирующего металла.The essence of the invention lies in the fact that in the known method of desalting water in an electrodialyzer with alternating cation exchange and anion exchange membranes, forming a chamber of concentration and desalination, with a periodic change in the direction of movement of the electric current and at the same time switching the flows of the chamber of desalination and concentration, use two pairs of electrodes, working alternately to change the direction of electric current, and the anode of one pair and the cathode of another pair are located one side of the filter press bag. The anodes are made of film-forming metal coated with metal oxides, and the cathodes are made of non-corroding metal.
При этом используют анод, выполненный из титана или тантала, в качестве покрытия анодов используют оксид рутения, оксид кобальта или диоксид марганца, причем используют катод, выполненный из нержавеющей стали или меди.In this case, an anode made of titanium or tantalum is used, ruthenium oxide, cobalt oxide or manganese dioxide are used as anode coating, and a cathode made of stainless steel or copper is used.
Кроме того, электроды обеих пар могут быть выполнены из одинаковых или разных материалов, аноды - из одинаковых или разных пленкообразующих металлов, а покрытие анодов - из одинаковых или разных оксидов металлов.In addition, the electrodes of both pairs can be made of the same or different materials, the anodes of the same or different film-forming metals, and the coating of the anodes of the same or different metal oxides.
В качестве пленкообразующего металла предпочтительно использовать титан или тантал из-за их высокой химической стойкости, а в качестве покрытия применять оксиды металлов, стойких при электролизе, таких как марганец, кобальт, рутений.It is preferable to use titanium or tantalum as a film-forming metal because of their high chemical resistance, and to use electrolysis-resistant metal oxides such as manganese, cobalt, and ruthenium as a coating.
Выбор оксида металла, наносимого на пленкообразующую основу, зависит от экономических соображений и состава воды, поступающей на обессоливание, например, в случае очистки хлоридных растворов преимущество выполняют покрытия из оксида рутения, поскольку получаемые при этом электроды ОРТА обеспечивают наклон поляризационных кривых, равный 40-45 мВ. На аноде преимущественно при этом выделяется хлор и данные электроды мало чувствительны к присутствию в воде органических соединений.The choice of metal oxide deposited on a film-forming base depends on economic considerations and the composition of the water supplied for desalination, for example, in the case of purification of chloride solutions, ruthenium oxide coatings take precedence, since the resulting ORTA electrodes provide a polarization curve slope of 40-45 mV In this case, chlorine is mainly released on the anode and these electrodes are slightly sensitive to the presence of organic compounds in water.
Аноды с покрытием из оксида кобальта ОКТА более экономичны, но и более чувствительны к примесям.OCTA cobalt oxide anodes are more economical, but also more sensitive to impurities.
Аноды с покрытием из диоксида марганца рекомендуется использовать для очистки сульфатных и фосфатных растворов.Manganese dioxide coated anodes are recommended for the purification of sulfate and phosphate solutions.
В качестве катодов можно использовать некорродирующий металл, поскольку в процессе электродиализа металл находится под катодной защитой.Non-corrosive metal can be used as cathodes, since the metal is under cathodic protection during electrodialysis.
Предпочтительно для катодов использовать нержавеющую сталь или медь, как наиболее доступные и легкообрабатываемые металлы.It is preferable for cathodes to use stainless steel or copper, as the most affordable and easily processed metals.
При осуществлении процесса электроды обеих пар могут быть из одинаковых или разных материалов, например, оба анода могут быть из титана или один из титана, а другой из тантала. Можно также использовать одинаковые покрытия электродов, например из оксида кобальта или оксида рутения.In the process, the electrodes of both pairs may be of the same or different materials, for example, both anodes may be of titanium or one of titanium and the other of tantalum. You can also use the same electrode coatings, for example of cobalt oxide or ruthenium oxide.
Аналогично катоды обеих пар могут быть выполнены из одного материала, например из нержавеющей стали, или из разных, например нержавеющей стали и меди.Similarly, the cathodes of both pairs can be made of the same material, for example stainless steel, or different, for example stainless steel and copper.
Сущность способа поясняется чертежом, на котором схематично показан электродиализатор.The essence of the method is illustrated by the drawing, which schematically shows the electrodialyzer.
Электродиализатор содержит первую пару электродов 1 и 2, вторую пару электродов 3 и 4, катионообменную 5 и анионообменную 6 мембраны, рабочую рамку 7, камеры 8 и 13, отверстия 9-12 для ввода соленой воды и вывода дилюата и рассола.The electrodialyzer contains a first pair of electrodes 1 and 2, a second pair of electrodes 3 and 4, a cation exchange 5 and an anion exchange 6 membranes, a working frame 7, chambers 8 and 13, openings 9-12 for introducing salt water and withdrawing dilute and brine.
Электроды 1 и 2, а также 3 и 4 служат для попеременного подведения постоянного электрического тока к электродиализатору, причем электрод 1 является анодом, 2 - катодом, 3 - катодом, 4 - анодом. Аноды 1 и 4 выполнены из титана с покрытием из оксида рутения, а катоды 2 и 3 - из меди.Electrodes 1 and 2, as well as 3 and 4, serve to alternately supply a constant electric current to the electrodialyzer, moreover, electrode 1 is the anode, 2 is the cathode, 3 is the cathode, 4 is the anode. Anodes 1 and 4 are made of titanium coated with ruthenium oxide, and cathodes 2 and 3 are made of copper.
Способ обессоливания воды проводится в электродиализаторе, который работает в режиме синхронного реверса гидродинамических потоков и электрического тока. Реверсирование тока электродиализатора (периодическая смена полярности на электродах) связано с одновременным переключением линий обессоливания и концентрирования, причем переключение осуществляется через определенные промежутки времени, например, через 15 минут.The method of desalting water is carried out in an electrodialyzer, which operates in a synchronous reverse mode of hydrodynamic flows and electric current. Reversing the current of the electrodialyzer (periodic polarity reversal at the electrodes) is associated with the simultaneous switching of desalination and concentration lines, moreover, switching is carried out at certain intervals, for example, after 15 minutes.
В течение первого цикла исходная вода через отверстия 9 и 10 подается в рабочие камеры, образованные мембранами 5 и 6 и рабочей рамкой 7. Под действием статического поля, создаваемого электродами 1 и 2, катионы и анионы мигрируют к поверхности анионоселективной 6 и катионоселективной 5 мембран. Вода, постепенно очищаясь, последовательно проходит через ряд аналогичных рабочих камер. С помощью отверстия 11 для вывода дилюата из прианодной камеры 8 (камеры обессоливания) и отверстия 12 для вывода рассола из прикатодной камеры 13 (камеры концентрирования) очищенная вода выводится из аппарата.During the first cycle, the source water is supplied through openings 9 and 10 to the working chambers formed by membranes 5 and 6 and the working frame 7. Under the influence of the static field created by electrodes 1 and 2, cations and anions migrate to the surface of anion-selective 6 and cation-selective 5 membranes. Water, gradually purified, sequentially passes through a series of similar working chambers. Using the hole 11 to withdraw the diluent from the anode chamber 8 (desalination chamber) and the hole 12 to withdraw the brine from the cathode chamber 13 (concentration chamber), purified water is discharged from the apparatus.
Для предотвращения отложения солей на мембранах 5 и 6 через определенный промежуток времени электроды 1 и 2 отключаются, одновременно прекращается подача соленой воды в электродиализатор. При этом нерастворимые соли и микропримеси вымываются из мембран 5 и 6.To prevent the deposition of salts on membranes 5 and 6, after a certain period of time, the electrodes 1 and 2 are turned off, and the supply of salt water to the electrodialyzer is simultaneously stopped. In this case, insoluble salts and trace elements are washed out of membranes 5 and 6.
После переключения электрического тока на электроды 3 и 4 в течение второго цикла соленая вода подается через отверстия 11 и 12. Деминерализация дилюата и концентрирование рассола происходит за счет миграции разноименных ионов солей через ионоселективные мембраны 5 и 6, рассол выводится через отверстие 9 из прикатодной камеры 8 (камеры концентрирования), а дилюат - через отверстие 10 из прианодной камеры 13 (камеры обессоливания).After switching the electric current to electrodes 3 and 4 during the second cycle, salt water is supplied through holes 11 and 12. The demineralization of the diluate and the concentration of the brine occur due to the migration of unlike salt ions through the ion-selective membranes 5 and 6, the brine is discharged through the hole 9 from the cathode chamber 8 (concentration chambers), and the diluent through a hole 10 from the anode chamber 13 (desalination chambers).
Через 15 минут работы электродиализатора опять осуществляют реверс электрического тока, повторяя первый цикл. Затем через 15 минут повторяется второй цикл.After 15 minutes of operation of the electrodialyzer, the electric current is again reversed, repeating the first cycle. Then after 15 minutes the second cycle is repeated.
Цикличность процесса обеспечивает долговременную работу мембран, в то же время использование двух пар электродов позволяет практически не ограничивать напряжение и ток, при котором проводится процесс.The cyclicity of the process ensures long-term operation of the membranes, at the same time, the use of two pairs of electrodes allows practically no limitation of the voltage and current at which the process is carried out.
Синхронное изменение направления электрического тока и гидравлических потоков способствует значительному удлинению срока службы мембран за счет предотвращения отложения в порах сульфата кальция.A simultaneous change in the direction of electric current and hydraulic flows contributes to a significant lengthening of the service life of the membranes by preventing the deposition of calcium sulfate in the pores.
Пример 1 (прототип)Example 1 (prototype)
Раствор обессоливают в стандартной электродиализной установке с перфорированными графитовыми электродами. Площадь электродов 0,03 м2. Напряжение на аппарате 170 В. Начальная плотность тока на электродах 233 А/м2. Реверс направления движения тока и гидравлических потоков осуществляют каждые 15 мин. Производительность аппарата 30 л/ч. Конечное солесодержание дилюата 3,2 г/л. Объем пропущенного раствора 150 л в течение 5 ч.The solution is desalted in a standard electrodialysis unit with perforated graphite electrodes. The area of the electrodes is 0.03 m 2 . The voltage on the device is 170 V. The initial current density on the electrodes is 233 A / m 2 . Reverse the direction of current flow and hydraulic flows is carried out every 15 minutes Productivity 30 l / h. The final salinity of the dilute is 3.2 g / l. The volume of the missed solution is 150 l for 5 hours.
Пример 2 (по предлагаемому способу)Example 2 (by the proposed method)
Раствор, содержащий 28,0 г/л соли по NaCl, обессоливают в электродиализаторе, используя две пары электродов, причем анод одной пары и катод другой пары находятся по одну сторону камеры электродиализатора, а анод выполнен из титана толщиной 2 мм с покрытием из оксида рутения ОРТА, а катод - из нержавеющей стали. Площадь анодов и катодов 0,03 м2. Напряжение на аппарате 300 В. Начальная плотность тока на электродах 900 А/м2. Производительность аппарата 30 л/ч. Рабочая поверхность ионообменных мембран 0,07 м2.A solution containing 28.0 g / l of salt by NaCl is desalted in an electrodialyzer using two pairs of electrodes, the anode of one pair and the cathode of the other pair being on one side of the electrodialyzer chamber, and the anode is made of titanium with a thickness of 2 mm coated with ruthenium oxide ORTA, and the cathode is made of stainless steel. The area of anodes and cathodes is 0.03 m 2 . The voltage on the device is 300 V. The initial current density on the electrodes is 900 A / m 2 . Productivity 30 l / h. The working surface of the ion-exchange membranes is 0.07 m 2 .
Количество мембранных пар в пакете 100 штук. Реверс направления движения тока и электрических потоков осуществляют каждые 15 мин. Конечное солесодержание дилюата 0,52 г/л.The number of membrane pairs in the package is 100 pieces. Reverse the direction of current flow and electric currents every 15 minutes. The final salinity of the diluate is 0.52 g / l.
Пример 3Example 3
Аналогично примеру 2, только с использованием анода из тантала. Конечное солесодержание дилюата 0,65 г/л.Analogously to example 2, only using the anode of tantalum. The final salinity of the diluate is 0.65 g / l.
Пример 4Example 4
Аналогично примеру 2, только с использованием анодов с покрытием из оксида кобальта (ОКТА). Конечное солесодержание дилюата 0,55 г/л.Analogously to example 2, only using anodes coated with cobalt oxide (OCTA). The final salinity of the diluate is 0.55 g / l.
Пример 5Example 5
Аналогично примеру 2, только с использованием анодов с покрытием из диоксида марганца. Конечное солесодержание дилюата 0,52 г/л.Analogously to example 2, only using anodes coated with manganese dioxide. The final salinity of the diluate is 0.52 g / l.
Пример 6Example 6
Аналогично примеру 2, только с использованием катода из меди. Конечное солесодержание дилюата 0,50 г/л.Analogously to example 2, only using a cathode of copper. The final salinity of the diluent is 0.50 g / l.
Пример 7Example 7
Аналогично примеру 2, только с использованием одного анода из титана с покрытием из оксида рутения, а другого анода - из тантала с покрытием из оксида рутения. Конечное солесодержание дилюата 0,54 г/л.Analogously to example 2, only using one anode of titanium coated with ruthenium oxide, and the other anode of tantalum coated with ruthenium oxide. The final salinity of the diluate is 0.54 g / l.
Пример 8Example 8
Аналогично примеру 2, только с использованием одного анода из титана с покрытием из оксида рутения (ОРТА), а другого - из титана с покрытием из оксида кобальта (ОКТА). Конечное солесодержание дилюата 0,55 г/л.Analogously to example 2, only using one anode of titanium coated with ruthenium oxide (OPTA), and the other with titanium coated with cobalt oxide (OCTA). The final salinity of the diluate is 0.55 g / l.
Пример 9Example 9
Аналогично примеру 2, только с использованием одного катода из нержавеющей стали, а второго - из меди. Конечное солесодержание дилюата 0,54 г/л.Analogously to example 2, only using one cathode made of stainless steel, and the second of copper. The final salinity of the diluate is 0.54 g / l.
Контроль процесса обессоливания в электродиализаторе осуществляют химическим анализом дилюата и рассола, а также замером электрических параметров тока и расходов воды.The desalination process in the electrodialyzer is monitored by chemical analysis of the dilute and brine, as well as by measuring the electrical parameters of the current and water flow.
Результаты опытов представлены в таблице.The results of the experiments are presented in the table.
В другой серии опытов сохранялось конечное солесодержание 3,2 г/л, а изменялся объем раствора, подвергаемый обессоливанию, пропускаемый в течение 5 часов.In another series of experiments, the final salt content of 3.2 g / l was maintained, and the volume of the solution subjected to desalination, passed for 5 hours, changed.
Пример 10Example 10
Аналогично примеру 3, только отличается тем, что производительность аппарата по обессоленному раствору составила 52 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 73,33%. Объем пропущенного раствора составил 260 л.Analogously to example 3, it only differs in that the productivity of the apparatus in demineralized solution was 52 l / h and increased in comparison with the prototype by 73.33%. The volume of the missed solution was 260 liters.
Пример 11Example 11
Аналогично примеру 4, только отличается тем, что объем пропущенного раствора составил 240 л, а производительность аппарата по обессоленному раствору составила 48 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 60,0%.Analogously to example 4, it only differs in that the volume of the skipped solution was 240 l, and the productivity of the apparatus for desalted solution was 48 l / h and increased by 60.0% in comparison with the prototype.
Пример 12Example 12
Аналогично примеру 5, только отличается тем, что производительность аппарата по обессоленному раствору составила 50,5 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 68,33°. Объем пропущенного раствора 253 л.Analogously to example 5, it only differs in that the productivity of the apparatus for desalted solution was 50.5 l / h and increased by 68.33 ° compared with the prototype. The volume of the missed solution is 253 liters.
Пример 13Example 13
Аналогично примеру 6, только отличается тем, что производительность аппарата по обессоленному раствору составила 53 л/ч и увеличилась в сравнении с прототипом на 76,66%. Объем пропущенного раствора 265 л.Analogously to example 6, it only differs in that the productivity of the apparatus for desalted solution was 53 l / h and increased in comparison with the prototype by 76.66%. The volume of the missed solution is 265 liters.
Из приведенных данных следует, что при проведении процесса обессоливания при высоких плотностях тока с использованием двух пар электродов степень обессоливания одинаковых объемов воды возрастает с 88,57 до 97,68 - 98,21%. При сохранении в опытах одинакового конечного солесодержания - 3,2 г/л - при осуществлении предложенного способа производительность процесса увеличивается на 60,0 - 76,66%.From the above data it follows that during the desalination process at high current densities using two pairs of electrodes, the degree of desalination of the same volumes of water increases from 88.57 to 97.68 - 98.21%. While maintaining the same final salt content in the experiments - 3.2 g / l - when implementing the proposed method, the productivity of the process increases by 60.0 - 76.66%.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003101116/15A RU2230036C1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Method of demineralization of water in an electrodialyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003101116/15A RU2230036C1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Method of demineralization of water in an electrodialyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2230036C1 true RU2230036C1 (en) | 2004-06-10 |
| RU2003101116A RU2003101116A (en) | 2004-07-10 |
Family
ID=32846680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003101116/15A RU2230036C1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Method of demineralization of water in an electrodialyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2230036C1 (en) |
-
2003
- 2003-01-16 RU RU2003101116/15A patent/RU2230036C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЯКИМЕНКО Л.М. Электролиз воды. - М.: Химия, 1970, с.93-98. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5616221A (en) | Electrolytic ionized water producing apparatus | |
| US4306952A (en) | Electrolytic process and apparatus | |
| US4707240A (en) | Method and apparatus for improving the life of an electrode | |
| JP3181795B2 (en) | Electrolyzed water production equipment | |
| AU2014212394B2 (en) | Rechargeable electrochemical cells | |
| EP2782873B1 (en) | Water treatment device and method | |
| US5376250A (en) | Method of producing water having a reduced salt content | |
| JPH10128338A (en) | Method and device for preventing scale from being deposited in electric regeneration type continuous desalting apparatus | |
| JP2001286868A (en) | Method of producing electrolytic water and electrolytic water | |
| Llanos et al. | Novel electrodialysis–electrochlorination integrated process for the reclamation of treated wastewaters | |
| Strathmann | Electrodialysis and its application in the chemical process industry | |
| JP2000246249A (en) | Production of electrolytic water | |
| WO2010064946A1 (en) | Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions | |
| Kabay et al. | Separation of monovalent and divalent ions from ternary mixtures by electrodialysis | |
| WO2010143950A1 (en) | Method for preventing fouling in a reverse electrodialyses stack | |
| KR20130129976A (en) | Ion exchange deionization apparatus with electrical regeneration | |
| JP2002143854A (en) | Electrochemical water treating device | |
| Moura Bernardes et al. | General aspects of electrodialysis | |
| RU2230036C1 (en) | Method of demineralization of water in an electrodialyzer | |
| Choi et al. | Structural effects of ion‐exchange membrane on the separation of l‐phenylalanine (l‐Phe) from fermentation broth using electrodialysis | |
| JP3601795B2 (en) | Method for producing hypochlorous acid-based treatment liquid | |
| RU2227062C1 (en) | Electrolyzer - a sweet water filter for purification of water | |
| Ladole et al. | Desalination using electrodialysis | |
| RU2230037C1 (en) | Method of demineralization of water | |
| US20220242757A1 (en) | Apparatus for producing acidic aqueous solution and method for producing acidic aqueous solution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20111206 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180117 |