DE3238280A1

DE3238280A1 - Process for desalting solutions

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Publication number: DE3238280A1
Application number: DE19823238280
Authority: DE
Inventors: Hans-Wilhelm Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Lieber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1982-10-15
Publication date: 1984-04-19

Abstract

A process for desalting solutions with use of an electrodialysis cell (25) is described. The solutions are first introduced into a chamber (28) of the cell (25), said chamber being delimited by two cation exchanger membranes (5, 6) and filled with ion exchanger material, and the solutions are then passed to another chamber (31) likewise filled with ion exchanger material, which is delimited by two anion exchanger membranes (14, 15). Next to each of the first two chambers (28, 31), other chambers (29, 33) are provided, which are delimited on the sides away from the first chambers (28, 31) by membranes (9, 16) differing with respect to selective permeability from the membranes of the first chambers (28, 31) and which are filled with liquids, which prevent the formation of sparingly soluble products. <IMAGE>

Description

Verfahren zum Entsalzen von Lösungen##;.Method of desalination of solutions ## ;.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entsalzen von Lösungen, bei welchem die Lösungen durch Elektrodialysezellen geleitet werden, die durch permselektive Membranen in Kammern unterteilt sind, von denen die durch die Membranen begrenzten Kammern Ionenaustauschermaterial enthalten, und die mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode aufweisen.The invention relates to a method for desalination of solutions, in which the solutions are passed through electrodialysis cells which are permselective Membranes are divided into chambers, of which those bounded by the membranes Chambers contain ion exchange material, and the at least one anode and at least have a cathode.

Zum Entsalzen von Lösungen werden heute überwiegend Ionenaustauschverfahren eingesetzt. Mit diesen Verfahren soll beispielsweise enthärtetes, teilentsalztes oder vollentsalztes Wasser erhalten werden, wie es z. B. in der Lebensmittelindustrie, für die Dampferzeugung, in der Kerntechnik, in vielen Zweigen der Rohstoffe verarbeitenden Industrie sowie in der Chemie in großen Mengen und in unterschiedlicher Güte benötigt wird.For the desalination of solutions, ion exchange processes are predominantly used today used. With this process, for example, softened, partially desalinated or fully demineralized water can be obtained as it is, for. B. in the food industry, for steam generation, in nuclear engineering, in many branches of raw materials processing Industry and chemistry are required in large quantities and in varying degrees of quality will.

Ionenaustauscher werden unterschieden in Kationenaustauscher und Anionenaustauscher. Je nach Aufgabe gibt es dabei schwach oder stark saure Kationenaustauscher und schwach oder stark basische Anionenaustauscher. Die Ionenaustauscher bestehen im wesentlichen aus Austauschermaterial, wie beispielswe#ise Harzen.Ion exchangers are divided into cation exchangers and anion exchangers. Depending on the task, there are weakly or strongly acidic cation exchangers and weakly or strong basic anion exchangers. The ion exchangers exist essentially of exchange material, such as, for example, resins.

Sie nehmen Ionen aus den ihnen aufgegebenen Lösungen auf und geben dafür eine äquivalente Menge gleichsinnig geladener Gegenionen ab. Wenn die Aufnahmefähigkeit des Austauschermaterials erschöpft ist, muß dasselbe regeneriert werden.They take up ions from the solutions given to them and give instead, an equivalent amount of counterions charged in the same direction. When the receptivity the exchanger material is exhausted, it must be regenerated.

Eine andere Möglichkeit zum Entsalzen von Lösungen ist durch die Elektrodialyse gegeben, bei welcher Zellen verwendet werden, in denen permselektive Membranen eingesetzt sind. Die Elektrodialyse unterscheidet sich vom oben geschilderten Ionenaustauschverfahren vor allem dadurch, daß keine Regeneration erforderlich ist, weil die Trennung der Ionen stetig allein durch das elektrische Feld erfolgt. Die Ionenaustauscher müssen hingegen unter Verwendung von Regenerierchemikalien, z. B. Salzsäure und Natronlauge, regeneriert werden, sobald ihre Austauscherkapazität erschöpft ist.Another way to desalinate solutions is through electrodialysis given, in which cells are used, in which permselective membranes are used are. Electrodialysis differs from the ion exchange process described above mainly because no regeneration is required because the separation of the Ions are made steadily by the electric field alone. The ion exchangers must however, using regeneration chemicals, e.g. B. hydrochloric acid and caustic soda, be regenerated as soon as their exchange capacity is exhausted.

Ein Verfahren mit Elektrodialysezelle, wie es eingangs beschrieben ist, geht beispielsweise aus der US-PS 3,084,113 hervor. Im einfachsten Fall ist die bei diesem bekannten Verfahren verwendete Elektrodialysezelle durch eine Kationenaustauschermembran und eine Anionenaustauschermembran in drei Kammern unterteilt. Zur Durchführung des Verfahrens wird der mittleren, mit Ionenaustauschermaterial gefüllten Kammer eine salzhaltige Lösung zugeführt. Durch die Elektrodialyse werden die Kationen durch die Kationenaustauschermembran hindurch in den Kathodenraum transportiert, und die Anionen wandern durch die Anionenaustauschermembran hindurch in den Anodenraum. Auf diese Weise nimmt der Salzgehalt in der mittleren Kammer ab.A method with an electrodialysis cell as described at the beginning is apparent from, for example, US Pat. No. 3,084,113. In the simplest case is the electrodialysis cell used in this known method through a cation exchange membrane and an anion exchange membrane divided into three chambers. To carry out of the process is the middle chamber filled with ion exchange material a saline solution is supplied. The electrodialysis causes the cations transported through the cation exchange membrane into the cathode compartment, and the anions migrate through the anion exchange membrane into the anode compartment. In this way, the salt content in the middle chamber will decrease.

Um zu vermeiden, daß der elektrische Widerstand der mittleren Kammer mit zunehmender Entsalzung der Lösung zu stark ansteigt, enthält die Kammer das Ionenaustauschermaterial.To avoid the electrical resistance of the middle chamber increases too much with increasing desalination of the solution, the chamber contains that Ion exchange material.

Die elektrodialytisch getrennten Ionen gelangen bei diesem bekannten Verfahren aus der mittleren Kammer in die Elektrodenräume, so daß dort unerwünschte Redoxreaktionen stattfinden. Es können insbesondere schwerlösliche Fällungsprodukte entstehen, durch welche die Durchlässigkeit der Membranen behindert wird.The electrodialytically separated ions reach this known Process from the middle chamber into the electrode spaces, so that there are undesirable Redox reactions take place. In particular, sparingly soluble precipitation products can be used develop, through which the permeability of the membranes is hindered will.

Weiterhin würde eine kathodische Metallabscheidung nach kurzer Zeit eine Entnahme des Metalls aus dem Kathodenraum notwendig machen, wobei das Verfahren unterbrochen werden müßte. Eine anodische Entwicklung von giftigen Gasen, wie beispielsweise Chlorgas, hätte eine unzulässige Belastung der Umwelt zur Folge.Furthermore, cathodic metal deposition would take place after a short time make it necessary to remove the metal from the cathode compartment, the method would have to be interrupted. An anodic evolution of poisonous gases, such as Chlorine gas would result in an inadmissible pollution of the environment.

Durch eine aus der US-PS 3,084,113 ebenfalls bekannte abwechselnde Mehrfachanordnung von Kationen- und Anionenaustauschermembranen in einer Zelle können diese Nachteile nicht umgangen werden. Hinzu kommt in diesem Fall, daß in den Kammern, in denen sich die Ionen anreichern, die Gefahr der Ausfällung von schwerlöslichen chemischen Verbindungen besteht, was die Durchlässigkeit der Membranen für die Ionen beeinträchtigen würde.By an alternating one also known from US Pat. No. 3,084,113 Multiple arrangement of cation and anion exchange membranes in a cell can these disadvantages cannot be circumvented. In addition, in this case, in the chambers in which the ions accumulate, the risk of precipitation of poorly soluble ones Chemical compounds are made up of what makes the membrane permeable to ions would affect.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrodialyseverfahren zum Entsalzen von Lösungen anzugeben, bei dem unerwünschte Redoxreaktionen an den Elektroden vermieden werden und bei dem die Durchlässigkeit der Membranen beeinträchtigende Fällungsprodukte nicht entstehen können.The invention is based on the object of an electrodialysis process to specify the desalination of solutions in which undesired redox reactions to the Electrodes are avoided and in which the permeability of the membranes is impaired Precipitation products cannot arise.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, - daß die Lösungen zunächst durch eine von zwei Kationenaustauschermembranen begrenzte und mit Ionenaustauschermaterial gefüllte Kammer einer ersten Elektrodialysezelle hindurchgeleitet werden, - daß die aus dieser Kammer der ersten Elektrodialysezelle austretenden Lösungen danach durch eine von zwei Anionenaustauschermembranen begrenzte und mit Ionenaustauschermaterial gefüllte Kammer einer zweiten Elektrodialysezelle hindurchgeleitet werden, - daß in der ersten Elektrodialysezelle außerhalb der mit Ionenaustauschermaterial gefüllten Kammer mit Abstand zu derselben auf der der Kathode--zugewandten Seite zusätzlich eine Anionenaustauschermembran angeordnet wird, - daß in der zweiten Elektrodialysezelle außerhalb der mit Ionenaustauschermaterial gefüllten Kammer mit Abstand zu derselben auf der der Anode zugewandten Seite zusätzlich eine Kationenaustauschermembran angeordnet wird, - daß die beiden Elektroden außerhalb der durch die Membranen begrenzten Kammern angeordnet werden, - und daß in die die Elektroden enthaltenden Kammern und in die jeweils von einer Kationenaustauschermembran und einer Anionenaustauschermembran begrenzten Kammern das Entstehen von schwerlöslichen Verbindungen verhindernde Flüssigkeiten eingebracht werden.In a method, this task is as described at the beginning Type solved according to the invention, - that the solutions first by one of two cation exchange membranes delimited and filled with ion exchange material Chamber of a first electrodialysis cell are passed through, - that from this Chamber of the first electrodialysis cell escaping solutions then through one of two anion exchange membranes delimited and filled with ion exchange material Chamber of a second electrodialysis cell are passed through, - that in the first Electrodialysis cell outside the chamber filled with ion exchange material at a distance from the same on the side facing the cathode, an additional one Anion exchange membrane is arranged - that in the second electrodialysis cell outside the chamber filled with ion exchange material at a distance the same a cation exchange membrane is additionally arranged on the side facing the anode - That the two electrodes are outside the chambers delimited by the membranes are arranged, - and that in the chambers containing the electrodes and in the each of a cation exchange membrane and an anion exchange membrane limited chambers the formation of sparingly soluble compounds preventing liquids be introduced.

Die zu entsalzenden Lösungen werden bei diesem Verfahren Kammern der Elektrodialysezellen aufgegeben, die von gleichartigen Membranen begrenzt sind. Durch die zusätzliche Anordnung von jeweils einer andersartigen Membran zwischen der mit Ionenaustauschermaterial gefüllten Kammer und der entgegengesetzt gepolten Elektrode ist mit diesem Verfahren sichergestellt, daß die in der Kammer abgetrennten Ionen nicht zu dieser Elektrode gelangen können. Unerwünschte Redoxreaktionen sind auf diese Weise mit Sicherheit vermieden. Da außerdem sowohl die die Elektroden enthaltenden Kammern als auch die von ungleichnamigen Membranen begrenzten Kammern Flüssigkeiten enthalten, die keine Fällungsprodukte entstehen lassen, ist die einwandfreie Durchlässigkeit der Membranen gewährleistet. Durch die Erfindung ist somit ein Elektrodialyseverfahren angegeben, das einen kontinuierlichen und störungsfreien Betrieb sicherstellt. Wenn die zu entsalzenden Lösungen die beiden gefüllten Kammern der beiden Elektrodialysezellen durchlaufen haben, dann tritt aus der Kammer der zweiten Zelle entsalztes Wasser aus, das dem jeweiligen Verwendungszweck unmittelbar zugeführt werden kann.In this process, the solutions to be desalinated become the chambers of the Abandoned electrodialysis cells, which are bounded by membranes of the same type. Due to the additional arrangement of a different type of membrane between each the chamber filled with ion exchange material and the opposite polarized chamber This method ensures that the electrode is separated in the chamber Ions cannot reach this electrode. Undesired redox reactions are avoided in this way for sure. In addition, since both the electrodes containing chambers as well as the chambers delimited by different membranes Containing liquids that do not give rise to any precipitation products are flawless Permeability of the membranes guaranteed. The invention thus provides an electrodialysis process specified, which ensures continuous and trouble-free operation. if the solutions to be desalinated the two filled chambers of the two electrodialysis cells then desalinated water emerges from the chamber of the second cell that can be used directly for the respective purpose.

Durch den Einsatz geeigneter permselektiver Membranen und die Verwendung von geeigneten Flüssigkeiten in den Kammern der Elektroden und in den von ungleichnamigen Membranen begrenzten Kammern ist dieses Verfahren universell zur Entsalzung aller möglichen Lösungen einsetzbar. Es können dementsprechend problemlos sowohl neutrale als auch saure bzw. alkalische Lösungen behandelt werden.Through the use of suitable permselective membranes and the use of suitable liquids in the chambers of the electrodes and in those of dissimilar ones Membrane-confined chambers, this process is universal for desalination of all possible solutions. Accordingly, both neutral as well as acidic or alkaline solutions.

Der Stofftransport an der Phasengrenze der permselektiven Membranen ist dann intensiver, wenn die Dicke der Diffusionsgrenzschicht durch erzwungene Konvektion in Verbindung mit Verwirbelungen herabgesetzt wird. Das läßt sich bei entsprechender Strömungsgeschwindigkeit der Lösungen erreichen, wenn als Ionenaustauschermaterial in den entsprechenden Kammern lose Schüttungen aus Harzgranulat eingesetzt werden. Dadurch verringert sich die Polarisation an den Membranoberflächen, so daß höhere Stromdichten anwendbar sind und der verbrauch an elektrischer Energie dennoch niedrig bleibt.The mass transfer at the phase boundary of the permselective membranes is more intense when the thickness of the diffusion boundary layer is enforced Convection in connection with turbulence is reduced. That goes with Achieve a corresponding flow rate of the solutions when used as an ion exchange material loose beds of resin granulate are used in the corresponding chambers. This reduces the polarization on the membrane surfaces, so that higher Current densities are applicable and the consumption of electrical energy is still low remain.

Im gleichen Sinne wirkt eine Erhöhung der Temperatur des gesamten Systems (Flüssigkeiten, Ionenaustauschermaterial, Membranen), die sowohl durch Joulesche Erwärmung als auch durch zusätzliche Wärmezufuhr bewirkt werden kann. Da eine Erwärmung um 10 C einen Anstieg der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit um etwa 3 % zur Folge hat, läßt sich die Arbeitsweise des Verfahrens durch eine Erwärmung auf beispielsweise 600 C deutlich verbessern. Hierbei kann sich auch die leichtere Löslichkeit von Salzen bei höherer Temperatur günstig auswirken.An increase in the temperature of the whole acts in the same way Systems (liquids, ion exchange material, membranes), both by Joule Heating as well as by additional heat supply can be brought about. Because a warming by 10 C an increase in the specific electrical conductivity of about 3% As a result, the method can be operated by heating to, for example 600 C significantly improve. The easier solubility of Salts have a beneficial effect at higher temperatures.

Der Wärmehaushalt der Flüssigkeiten läßt sich mit Hilfe von Gegenstromwärmetauschern optimal einstellen.The heat balance of the liquids can be adjusted with the help of counterflow heat exchangers adjust optimally.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Elektrodialysezellen in einer gemeinsamen Zelle zusammengefaßt, wobei auch in dieser Ausführungsform nur jeweils eine Anode und eine Kathode benötigt werden. In diesem Fall kann zwischen den beiden Zellenteilen eine von permselektiven Membranen begrenzte Kammer vorgesehen sein, in der entsalztes Wasser oder eine salzarme Flüssigkeit sowie Ionenaustauschermaterial vorhanden sind.In a preferred embodiment, the two are electrodialysis cells combined in a common cell, also in this embodiment only one anode and one cathode are required. In this case, between A chamber delimited by permselective membranes is provided for the two cell parts be in the desalinated water or a low-salt liquid as well as ion exchange material available.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist es außerdem möglich, in einer Elektrodialysezelle jeweils mehrere Einheiten parallel nebeneinander anzuordnen, die jeweils der ersten oder der zweiten Elektrodialysezelle entsprechen.In a further embodiment of the method, it is also possible to arrange several units in parallel next to each other in an electrodialysis cell, each corresponding to the first or the second electrodialysis cell.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen erläutert.The method according to the invention is illustrated in exemplary embodiments with reference to the drawings explained.

In der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber statt des Wortes "Elektrodialysezelle" stets das Wort "Zelle" verwendet.In the following description, for the sake of simplicity, instead of the The word "electrodialysis cell" always uses the word "cell".

Es zeigen: Fig. 1 eine Zelle mit zwei Kationenaustauschermembranen und einer Anionenaustauschermembran.They show: FIG. 1 a cell with two cation exchange membranes and an anion exchange membrane.

Fig. 2 eine Vielfachanordnung der Membranen der Zelle nach Fig. 1 Fig. 3 eine Zelle mit zwei Anionenaustauschermembranen und einer Kationenaustauschermembran.FIG. 2 shows a multiple arrangement of the membranes of the cell according to FIG. 1 3 shows a cell with two anion exchange membranes and one cation exchange membrane.

Fig 4 eine Vielfachanordnung der Membranen der Zelle nach Fig. 3 Fig. 5 eine aus den Zellen nach Fig. 1 und Fig. 3 kombinierte Zelle.4 shows a multiple arrangement of the membranes of the cell according to FIG. 3. 5 a cell combined from the cells according to FIGS. 1 and 3.

Fig 6 eine gegenüber Fig. 5 abgewandelte kombinierte Zelle.6 shows a combined cell that is modified from FIG. 5.

Fig. 7 und 8 ergänzte Ausführungsformen der Zellen nach den Fig. 1 und 3.FIGS. 7 and 8 supplemented embodiments of the cells according to FIG. 1 and 3.

Für die Abtrennung von Kationen wird eine erste Zelle 1 gewählt, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. In den beiden äußeren Kammern dieser Zelle befinden sich z. B. Bleigitter als Anode 2 und Kathode 3, die in Schwefelsäure tauchen. Die von zwei Kationenaustauschermembranen 5 und 6 begrenzte Kammer 7 ist mit Ionenaustauschermaterial 8 gefüllt. Zwischen der Kammer 7 und der Kathode 3 ist - mit Abstand zu beiden - eine Anionenaustauschermembran 9 angeordnet. Der Kammer 7 wird eine zu entsalzende Lösung aufgegeben (Pfeil 10). Die Kationen wandern in die von der Kationenaustauschermembran 6 und der Anionenaustauschermembran 9 begrenzte Kammer 11. In dieser Kammer befindet sich eine Lösung, z. B. verdünnte Schwefelsäure, deren pH-Wert so eingestellt ist, daß keine Hydroxidfällung auftritt. Um den elektrischen Widerstand in der Kammer 11 herabzusetzen, kann sie ebenfalls mit Ionenaustauschermaterial gefüllt werden.For the separation of cations, a first cell 1 is chosen, such as it is shown schematically in FIG. 1. In the two outer chambers of this Cell are z. B. lead grid as anode 2 and cathode 3, which are in sulfuric acid dive. The chamber 7 delimited by two cation exchange membranes 5 and 6 is filled with ion exchange material 8. Between the chamber 7 and the cathode 3 is - at a distance from both - an anion exchange membrane 9 is arranged. The chamber 7 a solution to be desalinated is applied (arrow 10). The cations migrate in bounded by the cation exchange membrane 6 and the anion exchange membrane 9 Chamber 11. In this chamber there is a solution, e.g. B. dilute sulfuric acid, whose pH is adjusted so that no hydroxide precipitation occurs. To the electric Reduce resistance in the chamber 11, it can also with ion exchange material be filled.

Zur Beschleunigung des Verfahrens bzw. zur Entsalzung größerer Volumina an Lösungen können entsprechend Fig. 2 mehrere Anordnungen nach Fig. 1 in einer gemeinsamen Zelle 12 angeordnet werden. Auch bei dieser Mehrfachanordnung werden nur jeweils eine Anode 2 und eine Kathode 3 benötigt.To speed up the process or to remove large volumes of salt at solutions according to FIG. 2, several arrangements according to FIG. 1 in one common cell 12 are arranged. Even with this multiple arrangement only one anode 2 and one cathode 3 are required.

Für die Abtrennung von Anionen wird eine zweite Zelle 13 verwendet, die in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Diese Zelle enthält zwei Anionenaustauschermembranen 14 und 15 und eine Kationenaustauschermembran 16. In den beiden äußeren Kammern der Zelle 13 befinden sich z. B. eine Anode 17 und eine Kathode 18 aus Stahl-Streckmetall, die in Natronlauge tauchen. In der von den Anionenaustauschermembranen 14 und 15 begrenzten Kammer 19 befindet sich Ionenaustauschermaterial 20. Die von der Anionenaustauschermembran 14 und der Kationenaustauschermembran 16 begrenzte Kammer 21 kann zur Verringerung des elektrischen Widerstandes ebenfalls mit Ionenaustauschermaterial gefüllt sein. In der Kammer 13 befindet sich außerdem beispielsweise eine schwache Lauge, z. B. verdünnte Natronlauge, um die Bildung schwerlöslicher Verbindungen zu vermeiden.A second cell 13 is used for the separation of anions, which is shown schematically in FIG. 3. This cell contains two anion exchange membranes 14 and 15 and a cation exchange membrane 16. In the two outer chambers the cell 13 are z. B. an anode 17 and a cathode 18 made of expanded steel metal, which are immersed in caustic soda. In the of the anion exchange membranes 14 and 15 Limited chamber 19 is ion exchange material 20. The from the anion exchange membrane 14 and the cation exchange membrane 16 limited chamber 21 can be used to reduce of the electrical resistance must also be filled with ion exchange material. In the chamber 13 there is also, for example, a weak liquor such. B. diluted caustic soda to avoid the formation of poorly soluble compounds.

Wenn mehrere Anordnungen der Zelle 13 entsprechend der Darstellung in Fig. 4 in einer gemeinsamen Zelle 22 parallel betrieben werden, sind wieder nur in den Endkammern Elektroden (Anode 17 und Kathode 18) erforderlich.If several arrangements of the cell 13 according to the illustration 4 operated in parallel in a common cell 22 are again only Electrodes (anode 17 and cathode 18) required in the end chambers.

Die aus der Kammer 7 der Zelle 1 austretende Lösung kann entsprechend dem Pfeil 23 der Kammer 19 der Zelle 13 aufgegeben werden, aus welcher dann entsprechend dem Pfeil 24 eine entsalzte Lösung austritt.The solution emerging from the chamber 7 of the cell 1 can accordingly the arrow 23 of the chamber 19 of the cell 13 are given, from which then accordingly the arrow 24 a desalinated solution emerges.

Die Arbeitsweise mit zwei getrennten Zellen 1 und 13 kann dadurch vereinfacht werden, daß eine Zelle 25 gemäß Fig. 5 verwendet wird, in der die Membranen dieser beiden Zellen kombiniert sind: Die Zelle 25 nach Fig. 5 besteht aus sieben Kammern, die jeweils durch permselektive Membranen getrennt sind, wobei die Bezeichnung der Membranen aus den Fig. 1 und 3 beibehalten wird. Die beiden äußeren Kammern enthalten eine Anode 26, die z. B. in Schwefelsäure taucht, und eine Kathode 27, die sich z. B. in Natronlauge befindet. Die zu entsalzende Lösung wird der von den beiden benachbarten Kationenaustauschermembranen 5 und 6 begrenzen Kammer 28 aufgegeben, und die Kationen, z. B. Na+, Ca2+ Mg + usw., wandern in die rechts daneben befindliche Kammer 29, aus der sie in einem Wasserteilstrom abgezogen werden können.The operation with two separate cells 1 and 13 can thereby be simplified that a cell 25 is used according to FIG. 5, in which the membranes of these two cells are combined: The cell 25 according to FIG. 5 consists of seven Chambers, each separated by permselective membranes, with the designation of the membranes of Figs. 1 and 3 is retained. The two outer chambers contain an anode 26 which, for. B. immersed in sulfuric acid, and a cathode 27, which z. B. is in sodium hydroxide solution. The solution to be desalinated is that of the two adjacent cation exchange membranes 5 and 6 delimit chamber 28 abandoned, and the cations, e.g. B. Na +, Ca2 + Mg + etc., migrate to the right adjacent chamber 29, from which they are withdrawn in a partial flow of water can.

Das entbaste Wasser tritt aus der Kammer 28, wie durch die Pfeillinie 30 angedeutet, in die von den beiden benachbarten Anionenaustauschermembranen 14 und 15 begrenzte Kammer 31 ein, die es entsalzt verläßt (Pfeil 32). Die Anionen treten durch die Anionenaustauschermembran 14 hindurch in die links angrenzende Kammer 33 über, aus der sie, wie die Kationen, durch einen Wasserteilstrom abgezogen werden können. Wie schon für die Zellen nach den Fig. 1 und 3 geschildert, ist in den Kammern 28 und 31 Ionenaustauschermaterial angeordnet. Auch in den Kammern 29 und 33 kann derartiges Material angebracht werden.The deboned water exits the chamber 28, as indicated by the arrow line 30 indicated, into which of the two adjacent anion exchange membranes 14 and 15 limited chamber 31, which it leaves desalinated (arrow 32). The anions pass through the anion exchange membrane 14 into the adjacent one on the left Chamber 33, from which they, like the cations, are withdrawn by a partial water flow can be. As already described for the cells according to FIGS. 1 and 3, in the chambers 28 and 31 arranged ion exchange material. Also in chambers 29 and 33 such material can be attached.

Die mit Kationen und Anionen angereicherten Lösungen dürfen sich in der Zelle 25 natürlich nicht vermischen, weil sonst Fällungsprodukte entstehen würden, durch die die Nembrandurchlässigkeit beeinträchtigt würde. Deshalb ist zwischen den Kammern 29 und 33, in denen sich die Kationen bzw. Anionen anreichern, eine Kammer 34 mit entsalztem Wasser oder einer anderen, salzarmen Flüssigkeit vorgesehen, die von einer Anionenaustauschermembran 9 und einer Kationenaustauschermembran 16 begrenzt ist, und deren elektrischer Widerstand durch eine Füllung mit Ionenaustauschermaterial niedrig gehalten wird.The solutions enriched with cations and anions may be in of the cell 25, of course, do not mix, because otherwise precipitation products would arise, through which the membrane permeability would be impaired. Therefore is between the chambers 29 and 33, in which the cations or anions accumulate, a Chamber 34 is provided with demineralized water or another, low-salt liquid, that of an anion exchange membrane 9 and a cation exchange membrane 16 is limited, and their electrical resistance by a filling with ion exchange material is kept low.

Besondere Maßnahmen können bei der elektrodialytischen Entsalzung wäßriger Lösungen erforderlich sein, wenn saure oder alkalische Lösungen vorliegen bzw. wenn Abwässer zu entsalzen sind, deren Salzgehalt und pH-Wert häufig innerhalb weiter Grenzen schwanken können. Aus alkalischen Lösungen sind z. B.Special measures can be taken with electrodialytic desalination aqueous solutions may be required if acidic or alkaline solutions are present or if wastewater is to be desalinated, its salt content and pH value are often within further limits can fluctuate. From alkaline solutions are z. B.

im wesentlichen Kationen zu entfernen. Deshalb erfordern die Katio~nen einen höheren Teilstrom als die Anionen. Zur Lösung dieses Problems können zwei Zellen, wie sie in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellt sind, entsprechend Fig. 6 zu einer Doppelzelle 35 miteinander kombiniert werden. Auch hier sind für die Membranen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 3 verwendet. Im Gegensatz zur Ausführungsforin nach Fig. 5 sind hier zwei Elektrodenanordnungen erforderlich, mit den Anoden 36 und 37 und den Kathoden 38 und 39, die über Gleichrichter 40 und 41 mit Strom versorgt werden. Dadurch lassen sich die Ströme, mit denen die Kationen bzw Anionen elektrodialytisch aus einer Lösung abgetrennt werden, separat einstellen. Die zu entsalzende Lösung wird hier der Kammer 42 aufgegeben und von dort zur Kammer 43 geleitet, die beide wieder mit Ionenaustauschermaterial gefüllt sind.essentially removing cations. Therefore the cations require a higher partial flow than the anions. To solve this problem, two Cells as shown in FIG. 1 and FIG. 3, corresponding to FIG. 6 to one Double cell 35 can be combined with one another. Here, too, are for the membranes the same reference numerals as in FIGS. 1 and 3 are used. In contrast to the execution form According to FIG. 5, two electrode arrangements are required here, with the anodes 36 and 37 and the cathodes 38 and 39, which have rectifiers 40 and 41 are supplied with power. This allows the currents with which the cations or anions are electrodialytically separated from a solution, set separately. The solution to be desalinated is given to the chamber 42 and from there to the chamber 43 passed, both of which are filled again with ion exchange material.

Die in Fig. 6 dargestellte Doppelzelle 35 kann wieder aus einer Vielzahl von Einzelzellen bestehen, wie es für die Zellen nach Fig. 1 und 3 in Fig. 2 und 4 dargestellt ist.The double cell 35 shown in FIG. 6 can again be selected from a large number consist of single cells, as is the case for the cells according to FIGS. 1 and 3 in FIGS 4 is shown.

Da die Kationen bei der Elektrodialyse unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zur Kathode und die Anionen zur Anode wandern, kann es vorteilhaft sein, diese Bewegungen durch asymmetrische Aufgabe der Lösungen zu verkürzen. Entsprechende Zellen 44 und 45 sind in den Fig. 7 und 8 schematisch dargestellt. Sie haben in den jeweiligen Kammern neben den Membranen zusätzlich ein Diaphragma 46 bzw. 47.Since the cations in electrodialysis are under the influence of the electric Field to the cathode and the anions migrate to the anode, it can be advantageous to shorten these movements by asymmetrically abandoning the solutions. Appropriate Cells 44 and 45 are shown schematically in FIGS. 7 and 8. You have in In addition to the membranes, a diaphragm 46 or 47 in addition to the respective chambers.

Eine weitere Maßnahme, um Lösungen-mit schwankendem Salzgehalt und pil-Wert zu entsalzen, besteht darin, daß man einer Zelle 25 gemäß Fig. 5 Zellen 1 und 13 gemäß Fig. 1 und Fig. 3 vorschaltet und deren Elektrodialyseströme entsprechend dem pH-Wert und der Salzkonzentration automatisch einstellt. Auf diese Weise wird ein Großteil der Kationen bzw. Anionen vorsepariert, und die Zelle 25 entsprechend Fig. 5 übernimmt die Funktion einer Feinreinigung. Selbstverständlich läßt sich die Reihenfolge der Zellen aber auch ändern.Another measure to avoid solutions-with fluctuating salinity and To desalt the pil value consists in that one cell 25 according to FIG. 5 cells 1 and 13 according to FIG. 1 and FIG. 3 and their electrodialysis currents accordingly automatically adjusts to the pH value and the salt concentration. That way will a large part of the cations or anions are pre-separated, and the cell 25 accordingly Fig. 5 takes over the function of a fine cleaning. Of course you can but also change the order of the cells.

Das Verfahren kann in allen Fällen, egal ob mit getrennten Zellen 1 und 13 oder gemeinsamen Zellen 25 und 35 gearbeitet wird, auch bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Hierzu kann die dann nicht abzuführende Joulesche Wärme des Systems ausgenutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, durch Beheizung Wärme von außen zuzuführen, wobei die Art der Beheizung beliebig ist. Zur optimalen Einstellung des Wärmehaushalts der Flüssigkeiten lassen sich auch an sich bekannte Gegenstromwärmetauscher einsetzen.The procedure can be used in all cases, whether with separate cells 1 and 13 or common cells 25 and 35 is used, even at elevated temperatures be performed. For this purpose, the Joule heat of the, which then cannot be dissipated System are exploited. However, it is also possible to obtain heat from by heating to be supplied outside, the type of heating being arbitrary. For the optimal setting the heat balance of the liquids can also be countercurrent heat exchangers known per se insert.

Für die Füllung der Kammern mit Ionenaustauschermaterial werden zweckmäßig lose Schüttungen aus Harzgranulat eingesetzt. Durch die Umströmung der Harzpartikel entstehen dabei, auch an den Membranoberflächen, Verwirbelungen innerhalb der Flüssigkeit.For the filling of the chambers with ion exchange material it is advisable loose fillings of resin granulate are used. By flowing around the resin particles This creates turbulence within the liquid, including on the membrane surfaces.

Hierdurch läßt sich insbesondere die Dicke der Diffusionsgrenz schicht an den Membranen vorteilhaft verringern Das Verfahren nach der Erfindung ist im Vorangehenden zum Entsalzen von Lösungen beschrieben worden, bei denen sowohl Kationen als auch Anionen abzutrennen sind. Der Begriff "Entsalzen" umfaßt für den Fachmann auch die Behandlung von Basen und Laugen, aus denen entweder nur Kationen oder nur Anionen zu entfernen sind. Auch für diese Anwendungsfälle soll das Verfahren nach der Erfindung gelten, wobei dann jeweils nur eine der Zellen 1 oder 13 bzw. nur eine der Zellen 12 oder 22 benötigt werden.This allows in particular the thickness of the diffusion boundary layer on the membranes advantageously reduce The method according to the invention is in The foregoing has been described for the desalting of solutions in which both cations as well as anions are to be separated. For those skilled in the art, the term "desalting" includes also the treatment of bases and alkalis, from which either only cations or only Anions are to be removed. The method should also be used for these applications of the invention apply, in which case only one of cells 1 or 13 or only one of the cells 12 or 22 are required.

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Claims

Claims fE g method for desalination of solutions, in which the solutions are passed through electrodialysis cells, which are permselective Membranes are divided into chambers, of which those bounded by the membranes Chambers contain ion exchange material, and the at least one anode and at least have a cathode, characterized in that - that the solutions initially through one of two cation exchange membranes (5,6) bounded and with ion exchange material (8) filled chamber. (7) a first electrodialysis cell (1) are passed through, - That the exiting from this chamber (7) of the first electrodialysis cell (1) Solutions then pass through one of two anion exchange membranes (14, limited and. with ion exchange material (20) filled chamber (19) of a second electrodialysis cell (13) are passed through - that in the first electrodialysis cell (1) outside the chamber (7) filled with ion exchange material (8) with waste was standing to the same, on the side facing the cathode (3), there is also an anion exchange membrane (9) is arranged - that in the second electrodialysis cell (13) outside the with ion exchange material (20) filled chamber (19) at a distance from the same on the side facing the anode (17) additionally a cation exchange membrane (16) is arranged - that the two electrodes (2,3) outside of the through the Diaphragms delimited chambers are arranged, - and that in which the electrodes (2,3) containing chambers and in each of a cation exchange membrane (16) and an anion exchange membrane (9) bounded chambers the emergence of liquids preventing poorly soluble compounds are introduced.

2. The method according to claim 1, characterized in that the membrane assemblies the first electrodialysis cell (1) and the second electrodialysis cell (13) in one common electridialysis cell (25,35) are combined.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the common electrodialysis cell (25) uses an anode (26) and a cathode (27) be, and that in between the individual anion exchange membrane (9) and the individual cation exchange membrane (16) adjacent to it (34) demineralized water or another low-salt liquid as well as ion exchange material to be ordered.

4 The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the common electrodialysis cell (35) has two pairs of electrodes (36,37,28,39) which are supplied separately with power via separate rectifiers (40, 41).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that loose granules are used as ion exchange material.

6. The method according to any one of claims l to 5, characterized in that that the desalination is carried out at an elevated temperature.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized that in the chambers filled with ion exchange material, which are to be desalinated Solutions are applied in the vicinity of one of these chambers delimiting membrane a diaphragm (46, 47) is also arranged.