Аппарат для электрохимического умягчения воды

 

АППАРАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ, включакяций корпус со штуцерг1ми входа и выхода воды , размещенные в корпусе электроды и насадку из ионообменного материала ,отличающийся тем, что с целью повышения производительности и снижения стоимости аппарата, он снабжен биполярными ионообменными мембранами , расположёнными между Элек тродами и обращенными катионообменной стороной к катоду.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

NM

РЕСОУБЛИН у15ц С 02 F 1/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ (21) 3298656/23-26 (22) 29.05.81 (46)07.04.83. Бюл. Р 13 (72)В. И. Заболоцкий, Н. П. Гнусин и С. Л. Алексеева (71)Кубанский государственный университет (53)6Д8.543. 2(088.8) (56)1. Авторское свидетельство СССР

Р 132132, кл. С 02 B 1/82, 15.06.73

2. Авторское свидетельство СССР

Р 572436, кл. С 02 B 1/82, 09.07.75.

„.SU„„1010019 А (54.) (57) AIIIIAPAT /JIB 3JIEKTPOXH51HGECКОГО УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ, включающий кор. пус со штуцерами входа и выхода воды, размещенные в корпусе электроды и насадку иэ ионообменного материала, отличающийся тем, что с целью повышения проиэводительности и снижения стоимости аппарата, он снабжен биполярными ионообменными мембранами, расположенными между элек-. тродами и обращенными катионообменной стороной к катоду.

1010019

Изобретение относится к электрохимической технологии, в частности к электрохимическим устройствам, предназначенным для безреагентного умягчения природных и сточных вод, и может быть использовано самостоятельно или в качестве одного из звеньев в системах водоподготовки.

Известен аппарат для умягчения карбонатной жесткости воды, представляющий собой электролизер с нераство-!О римыми электродами, периодически за-." полняемый жесткой водой. Умягчение воды осуществляется в результате осаждения на поверхности катода карбоната кальция и гидроокиси магния при электролизере 1, Недостатком этого аппарата является его малая производительность при больших. энергозатратах.

Известен аппарат для электрохими- о ческого умягчения воды, включающий ,корпус со штуцерами входа и выхода воды, размещенные в корпусе электроды и насадку из ионообменного материала..Аппарат позволяет вести процесс электрохимического умягчения при непрерывном пропускании через него умягчаемой воды и существенно повысить скорость процесса, так как образование осадка солей жесткости происходит как на поверхности катода,так и на поверхности ионообменных материалов. Ионообменный материал,используемь;й в качестве насадки, слу» жит для разделения продуктов электродных реакций и удерживания в аппа-35 рате выпадающих в осадок солей жест-. кости 52 j.

Недостатками данной конструкции являются большой расход дорогостоящих и дефицитных анодньх материалов, 4Q

;как правило металлов платиновой группы, и недостаточно высокая производительность аппарата, так как доля рабочего объема аппарата, прилегакщая к аноду, непосредственно не участвует в процессе осадкообразования солей жесткости.

Цель изобретения — повышение производительности и снижение стоимости аппарата.

Указанная цель достигается тем, что в аппарат для электрохимического умягчения воды, включающий корпус со штуцерами входа и выхода воды, размещенные в корпусе электроды и насадку из ионообменного материала, снабжен биполярными ионообменными мембрана- ми, расположенными между электродами

v. обращенными катионОобменной стороной к катоду.

На чертеже изображен аппарат для 60 элзктрохимического умягчения воды, сечение плоскостью, нормальной к поверхности биполярных мембран.

Аппарат состоит из корпуса 1, нерастворимых катода 2 и анода 3, вход--65 ного 4 и выходного 5 штуцеров, биполярных мембран б и насадки 7 из ионообменного материала.

Исходную жесткую воду годают во входной штуцер 4, а лии.енную солей жесткости, т.е. умягченную, вьводят из выходного !r".òóöåðà 5. При прохождении воды через аппарат и пропускании электрического тока на катоде

2 происходит разложение воды с выделением щелочи и газообразного водорода, на аноде 3 — электролиз воды с выделением кислоты и газообразного кислорода. Биполярные мембраны б, ориентированные катионообменной стороной к катоду и соответственно ионообменной стороной к аноду, генерируют из воды ионы водорода и гидроксила, так что у анионообменной стороны биполярной мембраны происходит подщелачивание раствора, а у катионообменной стороны биполярной мембраны — подкисление раствора. В результате подщелачивания раствора в прикатодном пространстве аппарата, а также в слоях раствора, прилегающих к анионообменной cTGpoHe биполярных мембран, происходит смещение кислотно-основного и углекислотного равновесия и выпадает твердая фаза солей жесткости (главным образом карбонатов и гидроокисей кальция и магния). В прианодном пространстве, а также в слоях раствора, прилегающих к катионообменной стороне бипо лярных мембран в результате подкисления происходит декарбонизация раствора. Насадка 7 из ионообменного ма" териала служит для пространственного разделения кислоты и щелочи и удержания твердой фазы солей жесткости.

Пример. Испытания проводят на четырехкамерном аппарате, состоящем из винипластового корпуса, катода из нержавеющей стали, титанового

1 анода, покрытого окисью рутения(ОРТА

Площадь каждого электрода 4 10 м

2 2

Между электродами на расстоянии

0,02 м друг от друга помешают биполярные ионообменные мембраны МБ-3, образующие камеры, которые заполняют катионообменной смолой КУ-2.

Процесс проводят при скорости протока воды 0,03 м/ч, плотности тока

0,5 А/дм, напряжении 100 В. Исходное содержачие ионов железа в умягчаемой воде 4,5 мг экв/л, конечное

0,5-0,4 мг экв/л.

В разбавленных растворах, какими являются поверхностные и подземные природные воды и некоторые промышленные стоки, содержашие соли жесткости, выход по току на современных биполярных мембранах в расчете на щелочь и кислоту близок к единице, а падение напряжения при рабочей плотности тока 1-2 A/äì2 не превы1010019

Удельнь|е ьэнергоэ атраты, к В т - ч ос ажденг-зкв ных солей

Удельная производительность

Тип аппарата

r-экв г-экв ч:м объема аппа» ч м2плошади рата анода

Прототип (без биполярных мембран ) 0,08

0,20

4,2

Предлагаемый

«(а биполярными мем бранами ) 0,03

0,82

16,9

Составитель Т. Гуменюк

Техред М.Коштура Корректор Л. Бокшан

Редактор Т. Веселова

Тираж 939

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2393/8

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 шает 1,5 В, т.е. в этих условиях биполярная мембрана генерирует шелочь, необходимую для умягчения воды практически с такой же эффективностью как и металлический катод.

Однако в отличие от катодного процесса процесс разложения воды на кислоту и щелочь биполярной мембраной

Использование предлагаемой конструкции позволяет в 4 раза повысить производительность аппарата и значительно снизить расход анодных материалов, так как размещение между катодом и анодом серии бипо.не сопровождается образованием побочных газообразных продуктов водорода и кислорода

В таблице приведены результаты испытаний предлагаемого аппарата для электрохимического умягчения воды в сравнении с прототипом. лярных мембран увелйчивает количество щелочи, электрохимически генерируемой в аппарате в единицу времени, а следовательно, Зр скорость осаждения солей жесткости.