RU2380145C2 - Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation - Google Patents
Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2380145C2 RU2380145C2 RU2007146524/15A RU2007146524A RU2380145C2 RU 2380145 C2 RU2380145 C2 RU 2380145C2 RU 2007146524/15 A RU2007146524/15 A RU 2007146524/15A RU 2007146524 A RU2007146524 A RU 2007146524A RU 2380145 C2 RU2380145 C2 RU 2380145C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exchange
- cation
- granules
- anion
- exchange resin
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике электродиализа, в частности к многокамерным электродиализаторам с ионообменной насадкой в камерах обессоливания, и может быть использовано для получения деионизованной и обескремненной воды высокого качества, в процессах концентрирования микроколичеств вещества, для удаления слабоионизированных оснований и кислот и т.п.The invention relates to techniques for electrodialysis, in particular to multi-chamber electrodialyzers with an ion-exchange nozzle in desalination chambers, and can be used to produce high-quality deionized and demineralized water, in processes of concentration of trace amounts of matter, to remove weakly ionized bases and acids, etc.
Известен электродиализатор, состоящий из чередующихся катионообменных и анионообменных мембран, образующих камеры обессоливания и концентрирования, и расположенных между ними рамками, заполненными полислоем смешанного слоя ионитов [1].Known electrodialyzer, consisting of alternating cation-exchange and anion-exchange membranes forming desalination and concentration chambers, and frames located between them, filled with a multilayer of a mixed layer of ion exchangers [1].
Недостатком подобной конструкции электродиализатора является его низкая производительность. Это объясняется хаотичным расположением гранул катионообменных и анионообменных смол, что приводит к появлению как «полезных» биполярных контактов между катионитом и анионитом, на которых происходит электросорбция, так и «вредных» биполярных контактов, на которых происходит «выброс» сорбированных ионообменниками ионов в фазу раствора. Кроме того, значительная толщина рамок, заполненных полислоем катионита и анионита, приводит к увеличению энергозатрат, а существующие антиполярные контакты между ионообменниками и мембранами - к экранированию части поверхности мембран.The disadvantage of this design of the electrodialyzer is its low productivity. This is explained by the random arrangement of granules of cation-exchange and anion-exchange resins, which leads to the appearance of both “useful” bipolar contacts between cation exchange resin and anion exchange resin, on which electrosorption takes place, and “harmful” bipolar contacts, on which ion “adsorbed” ion exchangers into the solution phase . In addition, the significant thickness of the frames filled with a polylayer of cation exchanger and anion exchanger leads to an increase in energy consumption, and existing antipolar contacts between ion exchangers and membranes lead to screening of part of the membrane surface.
Известен электродиализатор для обессоливания водных растворов, содержащий корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми помещены чередующиеся анионообменные и катионообменные мембраны, образующие камеры концентрирования и камеры обессоливания с размещенной в них засыпкой из ионообменного наполнителя, снабженный водопроницаемыми прокладками, размещенными внутри камер параллельно мембранам. Зысыпка выполнена из анионообменного наполнителя, помещенного между анионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой, и катионообменного наполнителя, помещенного между катионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой. Водопроницаемые прокладки могут быть снабжены различно расположенными перегородками [2].Known electrodialyzer for desalination of aqueous solutions, containing a housing with electrodes located inside it, between which are placed alternating anion-exchange and cation-exchange membranes, forming concentration chambers and desalination chambers with an ion-exchange filler placed in them, equipped with permeable gaskets placed inside the chambers parallel to the membranes. The filling is made of an anion exchange filler placed between the anion exchange membrane and the permeable gasket, and a cation exchange filler placed between the cation exchange membrane and the water permeable gasket. Watertight gaskets can be equipped with differently located partitions [2].
В указанном электродиализаторе преодолевается ряд недостатков конструкции [1], связанных с наличием «вредных» биполярных контактов катионит/анионит и мембрана/ионит. В то же время сохраняется значительное межмембранное расстояние, обусловленное наличием рамок из органического стекла, внутри которых установлены водопроницаемые прокладки, снабженные перегородками, расположенными по обе стороны последних. В электродиализаторе данной конструкции поочередно омывается слой катионообменного наполнителя, расположенный у катионообменной мембраны, и анионообменного наполнителя - у анионообменной мембраны. Процесс обессоливания состоит из электросорбции солей из раствора гранулированным катионитом и анионитом и отводом их через мембраны в камеры концентрирования. Необходимыми и достаточными условиями для работы электродиализатора является наличие эквиполярных контактов мембран с соответствующими гранулами ионитов и антиполярных контактов анионит/катионит в центре камеры обессоливания. При этом эффективно работают по направлению движения тока (перпендикулярно электродам) только две упорядоченно расположенные гранулы катионита и анионита. Полислой гранул ионообменника, расположенный перпендикулярно электродам, является только средой для переноса ионов и по существу является балластом. Балластные зерна ионита, расположенные в рамках электродиализатора, увеличивают энергозатраты и снижают удельную производительность.In the specified electrodialyzer, a number of design flaws [1] are overcome due to the presence of “harmful” bipolar contacts cation exchange resin / anion exchange resin and membrane / ion exchange resin. At the same time, a significant intermembrane distance is maintained, due to the presence of organic glass frames, inside of which watertight gaskets are installed, equipped with partitions located on both sides of the latter. In the electrodialyzer of this design, a layer of a cation exchange filler located at the cation exchange membrane and an anion exchange filler at the anion exchange membrane are alternately washed. The desalination process consists of the electrosorption of salts from a solution by granular cation exchange resin and anion exchange resin and their removal through membranes to concentration chambers. Necessary and sufficient conditions for the operation of the electrodialyzer are the presence of equipolar contacts of the membranes with the corresponding granules of ion exchangers and antipolar contacts of anion exchange resin / cation exchange resin in the center of the desalination chamber. In this case, only two orderedly arranged granules of cation exchanger and anion exchanger work effectively in the direction of current flow (perpendicular to the electrodes). The multilayer granules of the ion exchanger, perpendicular to the electrodes, is only an ion transport medium and is essentially ballast. Ballast grains of ion exchanger located within the framework of an electrodialyzer increase energy consumption and reduce specific productivity.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции электродиализатора, позволяющего увеличить степень очистки воды, в том числе, более полно удалить поликремниевые кислоты, угольную кислоту и другие слабоионизированные соединения, а также увеличить производительность электродиализатора и снизить расход электроэнергии на процесс деминерализации воды.The technical task of the invention is to develop the design of an electrodialyzer, which allows to increase the degree of water purification, including more fully remove polysilicic acid, carbonic acid and other weakly ionized compounds, as well as increase the performance of the electrodialyzer and reduce the energy consumption for the process of demineralization of water.
Технический результат достигается тем, что в многокамерном электродиализаторе глубокой деминерализации, состоящем из электродных камер, чередующихся катионообменных и анионообменных мембран, образующих камеры обессоливания и концентрирования, в которых расположены гранулы катионообменной и анионообменной смолы, гранулы катионобменной смолы расположены слоем в одно зерно и соприкасаются с катионобменной мембраной, гранулы анионообменной смолы расположены слоем в одно зерно и соприкасаются с анионообменной мембраной, между гранулами катионообменной смолы и гранулами анионообменной смолы расположена сетчатая прокладка из непроводящего материала, нити которой образуют ячейки, причем гранулы катионобменной и анионообменной смолы имеют диаметр, больший размера ячейки сетчатой прокладки и меньший суммарного размера ячейки и диаметра нити сетчатой прокладки.The technical result is achieved by the fact that in a multi-chamber electrodialyzer of deep demineralization, consisting of electrode chambers, alternating cation-exchange and anion-exchange membranes forming desalination and concentration chambers, in which granules of cation-exchange and anion-exchange resins are located, granules of cation-exchange resins are located in a layer of one grain of cation exchange membrane, the granules of the anion-exchange resin are located in a layer of one grain and are in contact with the anion-exchange membrane, between the granules mi cation exchange resin and anion exchange resin beads mesh pad is located a non-conductive material, the filaments which form the cell, wherein the cation exchange granules and of anion exchange resins have a diameter greater than the size of the mesh pad cell and a smaller cell size and the total strand diameter mesh pad.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого электродиализатора, состоящего из анода 1, катода 2, чередующихся анионообменных мембран 3, катионообменных мембран 4, образующих камеры обессоливания 5 и камеры концентрирования 6. Гранулы катионообменной смолы 7 расположены в камерах обессоливания 5 между катионнообменной мембраной 4 и сетчатой прокладкой 8. Гранулы анионообменной смолы 9 располагают в камерах обессоливания 5 между анионообменной мембраной 3 и сетчатой прокладкой 8. Гранулы катионообменной смолы 7 и гранулы анионообменной смолы 9 расположены слоем в одно зерно и через ячейки сетчатой прокладки 8 соприкасаются друг с другом, при этом исключаются нежелательные контакты катионообменная мембрана 4 - анионообменная смола 9 и анионообменная мембрана 3 - катионообменная смола 7, а область, где происходит диссоциация воды на антиполярных гранулах смол 7 и 9, смещается в центр камер обессоливания 5.Figure 1 presents a diagram of the proposed electrodialyzer, consisting of an
Гранулы катионообменной смолы 7 и гранулы анионообменной смолы 9 касаются друг друга, образуя биполярную границу, на которой происходит диссоциация воды. При этом электромиграционные потоки H+ и ОН- - ионов направлены соответственно к катионообменной 4 и анионообменной 3 мембранам, что исключает нежелательное явление депрессии электродиффузии потоков ионов соли, снижающее величину потоков ионов через мембраны. Кроме того, образующиеся на биполярной границе гранул ионы протона и гидроксила замещают ионы соли в смолах 7 и 9, переводя их в H+ и ОН- - форму, что включает дополнительный ионообменный механизм сорбции ионов из раствора гранулами смол.The granules of the
На фиг.2 схематично представлен вид сверху на сетчатую прокладку 8, образованную нитями 10 из непроводящего материала, в ячейках которой расположены гранулы катионообменной смолы 7 и гранулы анионообменной смолы 9, которые на фиг.2 не видны, т.к. расположены под гранулами катионнобменной смолы 7. Диаметр гранул катионообменной смолы 7 и гранул анионообменной смолы 9 должен быть больше размеров ячейки сетчатой прокладки 8 (что исключает их контакты с антиполярной им мембраной), но не должен превышать суммарного размера ячейки и диаметра нити 10 сетчатой прокладки 8 для исключения взаимной технической деформации и смещения соседних гранул смол 7 и 9.Figure 2 schematically shows a top view of a
Пример 1. Электродиализатор предлагаемой конструкции был собран из пятнадцати катионообменных мембран 4 марки МК-40 и пятнадцати анионообменных мембран 3 марки МА-40, площадью 4 дм2 каждая. В камеры обессоливания 5 был помещен бинарный слой ионнобменных смол, состоящий из гранул катионообменной смолы 7 марки КУ-2 и гранул анионообменной смолы 9 марки АВ-17. В качестве сетчатой прокладки 8 была выбрана капроновая сетка марки 16К ОСТ 17-46-82, имеющая размер ячеек 0,48 мм. Диаметр нитей 10 равен 0,14 мм.Example 1. The electrodialyzer of the proposed design was assembled from fifteen
Гранулометрический состав катионообменной смолы 7 и гранул анионообменной смолы 9 равен 0,50-0,62 мм. Их объемное соотношение равно 1:1. Межмембранное расстояние в камере обессоливания 5 равно 0,9 мм, в камере концентрирования 6 - 0,5 мм.The particle size distribution of the
Электродиализатор испытывался в циркуляционном режиме на частично обессоленной водопроводной воде г.Краснодара с удельным электросопротивлением 0,25 МОм·см. Скорость рециркуляции очищенной воды равна 110 л/ч. Напряжение на электродиализаторе поддерживалось постоянным и составляло 15 В на парную камеру, плотность тока изменялась от 147 до 233 mА. Процесс проводился до достижения максимально возможного электросопротивления воды. Дополнительно измерялось содержание поликремниевых кислот в исходной и обессоленной воде.The electrodialyzer was tested in a circulating mode on partially desalinated tap water in the city of Krasnodar with a specific electrical resistance of 0.25 MΩ · cm. The recirculation rate of purified water is 110 l / h. The voltage at the electrodialyzer was kept constant and amounted to 15 V per pair chamber, the current density varied from 147 to 233 mA. The process was carried out until the maximum possible electrical resistance of water. Additionally, the content of polysilicic acids in the source and demineralized water was measured.
Пример 2. Электродиализаторы с бинарным слоем ионитов и двумя внутренними ступенями с суммарной длиной рабочего пути в камерах обессоливания, равной 80 см, в составе пилотного электродиализного комплекса получения сверхчистой воды для теплоэнергетики были испытаны на ТЭЦ г.Армавира. Аппарат с площадью электродов 16 дм2 имел 80 парных камер, причем первая секция была изготовлена из мембран МК-40 и МА-40., а вторая секция - из мембран МК-40 и МА-41. Электродиализатор испытывался при проточности по камерам обессоливания 380 л/ч и камерам концентрирования 60 л/ч, напряжении 400 В и силе тока 0,8 А.Example 2. Electrodialyzers with a binary layer of ion exchangers and two internal steps with a total working path length in desalination chambers of 80 cm as part of a pilot electrodialysis complex for producing ultrapure water for a power system were tested at the Armavir CHPP. The apparatus with an electrode area of 16 dm 2 had 80 paired chambers, with the first section made of MK-40 and MA-40 membranes, and the second section of MK-40 and MA-41 membranes. The electrodialyzer was tested at a flow rate of desalination chambers of 380 l / h and concentration chambers of 60 l / h, a voltage of 400 V and a current strength of 0.8 A.
На электродиализатор подавали частично обессоленную воду с удельным электросопротивлением 0,01-0,017 МОм·см, что близко к удельному сопротивлению воды, подаваемой на очистку в известный электродиализатор (прототип). В исходной и очищенной воде определялась также концентрация поликремниевых кислот.Partially demineralized water with a specific electrical resistance of 0.01-0.017 MΩ · cm was supplied to the electrodialyzer, which is close to the specific resistance of the water supplied for cleaning to a known electrodialyzer (prototype). The concentration of polysilicic acids was also determined in the source and purified water.
Результаты работы известного электродиализатора и предлагаемого представлены в таблице.The results of the known electrodialyzer and the proposed are presented in the table.
Как видно из таблицы, предлагаемый электродиализатор обеспечивает увеличение в 50 раз удельной производительности и снижение более чем на порядок удельных энергозатрат. Кроме того, почти на порядок достигается снижение содержания поликремниевых кислот.As can be seen from the table, the proposed electrodialyzer provides an increase of 50 times the specific productivity and a decrease of more than an order of specific energy consumption. In addition, almost an order of magnitude reduction is achieved in the content of polysilicic acids.
Список литературыBibliography
1. Гребенюк В.Д., Гнусин Н.П. Заводская лаборатория, 1966, 32, 10.1290.1. Grebenyuk V.D., Gnusin N.P. Factory Laboratory, 1966, 32, 10.1290.
2. Авторское свидетельство СССР №1119708, 23.10.84, МКИ В01D 13/02.2. USSR author's certificate No. 1119708, 10.23.84, MKI B01D 13/02.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007146524/15A RU2380145C2 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007146524/15A RU2380145C2 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007146524A RU2007146524A (en) | 2009-06-20 |
RU2380145C2 true RU2380145C2 (en) | 2010-01-27 |
Family
ID=41025540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007146524/15A RU2380145C2 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2380145C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU197029U1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-03-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Electrodialyzer |
-
2007
- 2007-12-12 RU RU2007146524/15A patent/RU2380145C2/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU197029U1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-03-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Electrodialyzer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007146524A (en) | 2009-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3385553B2 (en) | Electric deionized water production apparatus and deionized water production method | |
US5316637A (en) | Electrodeionization apparatus | |
US9637400B2 (en) | Systems and methods for water treatment | |
US7520971B2 (en) | Apparatus and method for electrodeionization | |
JP5213864B2 (en) | Arrangement of ion exchange material in electrodeionization equipment | |
EP2578543B1 (en) | Electric device for production of deionized water | |
US20060231403A1 (en) | Chambered electrodeionization apparatus with uniform current density, and method of use | |
KR20090036596A (en) | Electrodeionizer | |
JP2004082092A (en) | Electric deionizing apparatus | |
JPH07236889A (en) | Pure water making apparatus | |
JP2014530755A (en) | Desalination system and method | |
JP2010201361A (en) | Apparatus for manufacturing electric deionized water and method for manufacturing deionized water using the apparatus | |
JP4748318B2 (en) | Electrodeionization equipment | |
JP4250922B2 (en) | Ultrapure water production system | |
WO2012108310A1 (en) | Electric device for producing deionized water | |
JP2006015260A (en) | Electric deionized water manufacturing apparatus | |
RU2380145C2 (en) | Multichamber electrodialysis apparatus for deep demineralisation | |
JP7224994B2 (en) | Electrodeionized water production device and deionized water production method | |
JP3695338B2 (en) | Method for producing deionized water | |
JP2009297670A (en) | Electric deionized water making apparatus | |
JP4597388B2 (en) | Electric deionized water production apparatus and deionized water production method | |
JP5940387B2 (en) | Electric deionized water production apparatus and deionized water production method | |
US20080308482A1 (en) | Electric Deionized Water Production Apparatus | |
JP4497388B2 (en) | Electric deionized water production apparatus and deionized water production method | |
JP3985494B2 (en) | Electric deionization apparatus and deionization method |