SU793598A1

SU793598A1 - Water demineralization method

Info

Publication number: SU793598A1
Application number: SU782702149A
Authority: SU
Inventors: Николай Николаевич Зубец; Александр Аронович Мазо
Original assignee: Воронежский Ордена Ленина Государ-Ственный Университет Им.Ленинского Комсомола
Priority date: 1978-12-25
Filing date: 1978-12-25
Publication date: 1981-01-07

Description

Изобретение относится к области электродиализной обработки жидкостей, а именно к электродиализной деминерализации воды.The invention relates to the field of electrodialysis treatment of liquids, namely to electrodialysis demineralization of water.

Применение электродиализа для деминерализации воды широко известно. Для осуществления этого процесса деминерализуемая вода помещается в так называемые дилюатные камеры специальной электролизной ванны-электродиализатора. Эти камеры со стороны анода ограничены анионопроницаемыми мембранами, а со стороны катода—катионопроницаемыми. Под действием электрического поля деминерализуемая вода освобождается от ионов, которые переходят в специальные рассольные камеры.The use of electrodialysis for demineralization of water is widely known. To implement this process, demineralized water is placed in the so-called diluent chambers of a special electrolysis bath-electrodialyzer. These chambers are bounded by anion-permeable membranes on the anode side and cation-permeable on the cathode side. Under the influence of an electric field, demineralized water is freed from ions that pass into special brine chambers.

Известен спосб деминерализации воды электродиализом [1].Known method of demineralization of water by electrodialysis [1].

Согласно этому способу обрабатывается весь объем воды, подлежащей деминерализации, и концентрация соли в дплюате доводится до заданной. Соли из дидюатных камер переходят в рассольные камеры. На практике объем рассола в рассольных камерах меньше объема дилюата, вследствие чего концентрация в рассоле возрастает быстрее, чем убывает в дилюатс. Соответственно этому электрическое сопротивление электродиализатора сначала уменьшается.According to this method, the entire volume of water to be demineralized is processed, and the salt concentration in the dualate is adjusted to a predetermined value. Salts from didyate chambers pass into brine chambers. In practice, the volume of brine in the brine chambers is less than the volume of the dilute, as a result of which the concentration in the brine increases faster than decreases in the dilutions. Accordingly, the electrical resistance of the electrodialyzer is first reduced.

а затем при значительной деминерализации дилюата возрастает [2].and then with significant demineralization, the dilute increases [2].

Таким образом, при некоторой концентрации соли в дилюатс п рассоле достигает5 ся минимальное сопротивление аппарата.Thus, at a certain salt concentration in the dilutions and brine, a minimum apparatus resistance is reached.

Целью изобретения является увеличение производительности процесса и сокращение энергозатрат в случае, когда заданная концентрация дилюата больше, чем соотвстст10 вующая минимуму среднего сопротивления электродиализатора.The aim of the invention is to increase the productivity of the process and reduce energy consumption in the case when the specified concentration of the diluent is greater than corresponding to a minimum of the average resistance of the electrodialyzer.

Поставленная цель достигается тем, что электродиализу подвергают часть исходного объема воды, вычисленную по формуле:This goal is achieved in that the electrodialysis is subjected to part of the initial volume of water, calculated by the formula:

V = Vo (V = Vo (

1—С/Со — См/Со /’ где:1 — C / Co - Cm / Co / ’where:

V —объем воды, подвергаемой элект20 родиалпзу;V — volume of water subjected to electrolysis;

λ'ο —исходный объем воды;λ'ο is the initial volume of water;

С —заданная конечная концентрация соли;C — desired final salt concentration;

Со — концентрация соли в исходном 25 растворе;Co - salt concentration in the initial 25 solution;

С_м—концентрация соли в дилюате, соответствующая минимуму среднего сопротивления диализатора, электродиализ ведут до конβθ центрацип соли, при которой среднее сопротивление диализатора минимальное и полученный дилюат смешивают с оставшейся частью исходной воды.C _{m is the} salt concentration in the diluate, corresponding to the minimum of the average dialyser resistance, electrodialysis leads to the concentration of the salt, at which the average dialyser resistance is minimal and the resulting diluate is mixed with the remaining part of the source water.

При деминерализации сравнительно плохо проводящей ток солоноватой воды с исходной концентрацией меньше 40мг/экв/л основное электрическое сопротивление электродиализатора с толщиной камер 1—2 мм будет определяться сопротивлением растворов. В этом случае, исходя из электропроводностей растворов, можно рассчитать при какой степени деминерализации должен наступить минимум среднего сопротивления, (от величины соотношения объемов дилюата и рассола для солоноватой воды при проведении процесса с постоянным напряжением). Концентрация дается в долях от исходного значения. Эти данные получены путем расчета.During demineralization of a relatively poorly conducting current of brackish water with an initial concentration of less than 40 mg / equiv / l, the main electrical resistance of an electrodialyzer with a chamber thickness of 1-2 mm will be determined by the resistance of the solutions. In this case, based on the conductivity of the solutions, it is possible to calculate to what degree of demineralization a minimum of average resistance should occur (from the ratio of the volumes of the dilute and brine for brackish water during the process with a constant voltage). Concentration is given in fractions of the initial value. These data are obtained by calculation.

Пример. 50 л раствора хлористого натрия обессоливают от 300 мг/л (С_о) до 270 мг/л (С) известным и предложенным способами. Для этого'использовали лабораторный электродиализатор, содержащий четыре дилюатные, четыре рассольные и две электродные камеры. Объем рассола составляет 15% от объема дилюата. Рассол и дилюат циркулируют через соответствующие камеры с линейной скоростью 7 см/сек. Напряжение на электродах аппарата поддерживают постоянным, равным 10,5 В, при этом начальный ток равнялся 2 А. В процессе электродиализа ток возрастает и достигает максимального значения 2,39 А за 35,2 мин; при этом концентрация дилюата равняется 255 мг/л. Максимальная величина среднего тока равняется 2,30 А и достигает при концентрации дилюата (С_м ) 198 мг/л. Заданная концентрация 270 мг/л достигает по известному способу за 24,1 мин при среднем токе 2,14 А. При работе по предложенному способу процесс проводят до концентрации 198 мг/л. Объем обрабатываемого дилюата находят по формуле:Example. 50 l of a solution of sodium chloride is desalted from 300 mg / l (C _about ) to 270 mg / l (C) by known and proposed methods. To do this, we used a laboratory electrodialyzer containing four dilute, four brine, and two electrode chambers. The volume of brine is 15% of the volume of the dilute. The brine and diluent circulate through the respective chambers at a linear speed of 7 cm / sec. The voltage at the electrodes of the apparatus is kept constant at 10.5 V, with an initial current of 2 A. During electrodialysis, the current increases and reaches a maximum value of 2.39 A in 35.2 minutes; the concentration of the dilute is 255 mg / l. The maximum value of the average current is 2.30 A and reaches 198 mg / L at a diluent concentration (C _m ). The predetermined concentration of 270 mg / l is achieved by a known method in 24.1 minutes with an average current of 2.14 A. When working on the proposed method, the process is carried out to a concentration of 198 mg / l. The volume of the processed dilute is found by the formula:

мг мг \ / 1—270 — / 300 — \mg mg \ / 1-2-270 - / 300 - \

V = 50 л--^Ξ-----— = 14,7 л.V = 50 L-- ^Ξ -----— = 14.7 L

I 1 — 198 —/300 — \ ^л л 'I 1 - 198 - / 300 - \ ^l l '

Напряжение, а следовательно, и начальный ток, остаются прежними. В данном случае па обессоливание затрачивалось 23,0 мин. Таким образом, производительность процесса увеличивается на 4,6%. На столько же сокращаются расходы по перекачиванию растворов. При этом энергозатраты на процесс электродиализа не возрастают, так как напряжение и количество перенесенного заряда остаются прежними.The voltage, and therefore the initial current, remains the same. In this case, desalination took 23.0 minutes. Thus, the productivity of the process increases by 4.6%. The cost of pumping solutions is reduced by the same amount. In this case, the energy consumption for the electrodialysis process does not increase, since the voltage and the amount of charge transferred remain the same.

Эффект, получаемый от использования настоящего изобретения, определяется в основном двумя факторами. Во-первых, сокращение объемов рабочих растворов обе спечивает чисто технологические удобства, связанные с отказом от больших рабочих емкостей. Второй и основной фактор — это снижение среднего электрического сопротивления электродиализатора. За счет него возможно повышать производительность аппарата при тех же затратах энергии или снижать энергозатраты без сокращения производительности. Общий экономический эффект примерно пропорционален доле снижения сопротивления. Для солоноватых вод такое снижение может составить 6—7%, что в условиях крупнотоннажного производства обеспечит заметный экономический эффект. При обработке соленых вод, когда применяются более высокие плотности тока, сопротивление электродиализатора уменьшается еще и вследствие разогревания растворов, причем это уменьшение может быть гораздо более значительным. Соответственно значительнее может быть и экономический эффект от применения данного изобретения. Внедрение данного изобретения не связано с какими-либо доработками существующих установок, оно целесообразно на предприятиях радиоэлектронной промышленности и на тепловых электростанциях, т. е. там, где в больших количествах используется и производится обессоленная вода.The effect obtained from the use of the present invention is determined mainly by two factors. Firstly, the reduction in the volume of working solutions both provides pure technological conveniences associated with the rejection of large working capacities. The second and main factor is the decrease in the average electrical resistance of the electrodialyzer. Due to it, it is possible to increase the productivity of the device at the same energy costs or reduce energy consumption without reducing productivity. The overall economic effect is approximately proportional to the proportion of reduction in resistance. For brackish waters, such a decrease can reach 6–7%, which in conditions of large-capacity production will provide a noticeable economic effect. When treating salt waters, when higher current densities are used, the resistance of the electrodialyzer also decreases due to the heating of the solutions, and this decrease can be much more significant. Accordingly, the economic effect of the application of this invention may also be more significant. The implementation of this invention is not associated with any modifications to existing installations, it is advisable at the enterprises of the radio-electronic industry and thermal power plants, i.e., where desalted water is used and produced in large quantities.

Claims

Claim

The method of demineralization of water by electrodialysis, characterized in that, in order to increase the productivity of the process and reduce energy consumption, a portion of the initial volume of water calculated by the formula is subjected to electrodialysis, where Vo is the initial volume of water, V is the volume of water subjected to electrodialysis, C _o is the salt concentration in the initial solution, C is the given final salt concentration. C _m is the salt concentration in the diluate, corresponding to the minimum of the average resistance of the dialyzer, electrodialysis is carried out to a salt concentration at which the average resistance of the dialyzer is minimal, and the resulting diluate is mixed with the rest of the source water.