Proceso de electrodiálisis.

Un proceso de electrodiálisis que usa un dispositivo de electrodiálisis (10),

comprendiendo el proceso una pluralidadde ciclos, comprendiendo al menos uno de la pluralidad de ciclos:

una etapa de desionización, en la que una fuente de alimentación de corriente continua (20) hace pasar unaseñal eléctrica de corriente continua directa con una primera densidad de corriente directa (If) a un primerelectrodo positivo y a un segundo electrodo negativo durante una duración de la corriente directa (Tf), con elfin de alimentar el primer electrodo positivo y el segundo electrodo negativo; y

una etapa de recuperación, en la que la fuente de alimentación (20) envía una señal eléctrica de corrientecontinua inversa con una primera densidad de corriente inversa (Ir) a cada uno de los electrodos primero ysegundo en una dirección opuesta a la señal eléctrica de corriente continua directa durante una duración decorriente inversa (Tr), que se caracteriza porque

la frecuencia de cada ciclo de la pluralidad de ciclos durante un período de operación se encuentra en un intervalodesde aproximadamente 100 hercios a aproximadamente 10 kilohercios, en el que el proceso comprende,además, al menos una etapa de inversión entre dos ciclos, haciendo pasar la fuente de alimentalción (20) una segunda señal eléctrica de corriente continua inversa con una segunda densidad de corrienteinversa (Ip) a los electrodos primero y segundo en una dirección contraria a la señal eléctrica de corrientecontinua directa durante una segunda duración (Tp) de la corriente inversa, siendo mayor la segunda densidadde corriente inversa (Ip) que la primera densidad de corriente inversa (Ir), siendo mayor la segunda duraciónde la corriente inversa (Tp) que la duración de la corriente inversa (Tr).

Proceso de electrodiálisis

Campo técnico

La invención incluye realizaciones que se refieren a un proceso para la desalinización del agua.

Exposición de la técnica Los procesos y dispositivos de electrodiálisis se han utilizado para la desalinización de agua. Un dispositivo de electrodiálisis puede incluir membranas de intercambio de iones entre un par de electrodos. Las membranas pueden ser pueden ser de dos tipos: membranas de intercambio de cationes y membranas de intercambio de aniones. Las membranas de intercambio de cationes pueden ser relativamente permeables a los iones cargados positivamente ("cationes") con un peso molecular bajo y relativamente impermeables a los iones cargados negativamente ("aniones") , y las membranas de intercambio de aniones pueden ser relativamente permeables a los aniones con un peso molecular bajo. Las membranas de intercambio de cationes y las membranas de intercambio de aniones se alternan entre los pares de electrodos que se han mencionado más arriba, habiendo compartimentos entre las membranas. Cuando una corriente eléctrica continua se hace pasar entre los electrodos, los cationes pueden ser atraídos hacia el electrodo cargado negativamente y pasar a través de las membranas de intercambio de cationes, pero no a través de las membranas de intercambio de aniones. Al mismo tiempo, los aniones en las soluciones pueden ser atraídos hacia el electrodo cargado positivamente y pasar a través de las membranas de intercambio de aniones, pero no a través de las membranas de intercambio de cationes. Como resultado, los compartimentos en un lado del cátodo de la membrana de intercambio de aniones (en un lado del ánodo de la membrana de intercambio de cationes) pueden ser parcialmente desionizados por la corriente eléctrica continua, y pueden ser denominados compartimentos de "dilución". Los compartimentos en un lado del ánodo de las membranas de intercambio de aniones (en un lado del cátodo de la membrana de intercambio de cationes) acumulan los iones retirados de los espacios de dilución, y pueden ser denominados compartimentos de "concentración". El proceso de electrodiálisis se puede hacer continuo haciendo circular las soluciones entre las membranas.

La velocidad de desalinización se puede relacionar con la cantidad de la corriente eléctrica continua. La densidad de corriente es la corriente por unidad de área de membrana. Un aumento de la densidad de corriente puede resultar en un aumento de la velocidad de desalinización. Pero los efectos de polarización pueden proporcionar un límite superior de densidad de corriente útil. La polarización puede ser un cambio local de la concentración provocado por el agotamiento de la sal de la solución en la proximidad inmediata de las membranas, lo cual se produce por un fenómeno de transporte de iones y puede dar lugar a una resistencia óhmica indeseablemente alta. La corriente limitante puede ser alcanzada cuando la concentración de iones en la solución cerca de la superficie de la membrana se aproxima a cero. En la práctica, el agua puede ser electrolizada en hidrógeno e iones hidroxilo y participar en el transporte de iones, y una electrodiálisis de agua de este tipo puede disminuir la eficacia de la corriente. Un potencial electrolítico puede proporcionar un límite superior a la cantidad de corriente efectiva. Puede haber también cambios inducidos de pH que promueven la precipitación de diversas sustancias en las superficies de las membranas causando daños a las membranas. Una precipitación de este tipo puede ser referida como "ensuciamiento".

La tecnología de electrodiálisis reversible implica la inversión periódica de la polaridad de voltaje / corriente aplicada a los electrodos para prevenir o para eliminar el precipitado o la escamación. La inversión de polaridad destruye las escamas recién precipitadas para permitir el lavado y evitar daños a la membrana. Sin embargo, en la operación de eliminación de electrodiálisis, la función de los compartimentos de diluido puede cambiar a compartimentos de concentrado, y la función de los compartimentos de concentrado puede cambiar a compartimentos de diluido cuando la voltaje o polaridad de la corriente se invierte. Esta inversión puede requerir que el trayecto de flujo de diluido y de concentrado correspondientes cambie de manera correspondiente. Esto puede resultar en una necesidad de un trayecto de flujo hidráulico indebidamente complicado y control por válvulas. Y el proceso de inversión de electrodiálisis consume una cantidad considerable de energía.

Puede ser deseable tener un proceso que difiere de aquellos procesos que están disponibles actualmente. El documento US 3.029.196 se refiere a la electrodiálisis de soluciones acuosas de electrólitos utilizando ciclos de corriente continua directa e inversa. El documento WO 02/06163 A1 se refiere a un sistema de electrodesionización para eliminar iones de líquidos que pasan a su través.

Breve descripción La presente invención proporciona un proceso de electrodiálisis de acuerdo con la reivindicación 1 de la presente memoria descriptiva.

Un dispositivo adecuado para realizar el proceso de la invención incluye un primer electrodo y un segundo electrodo separado del primer electrodo para definir un volumen. Una membrana de intercambio de aniones y una membrana de intercambio de cationes están dispuestas dentro del volumen. Un controlador controla el suministro de corriente

eléctrica desde una fuente de alimentación eléctrica al primer electrodo y al segundo electrodo. El suministro de corriente eléctrica es controlado para conmutar desde un primer modo de operación a un segundo modo de operación que proporciona corriente eléctrica que tiene una polaridad inversa durante cada ciclo. La corriente eléctrica se suministra a una velocidad de ciclos controlada y durante una duración controlada. La velocidad de ciclos es mayor que aproximadamente 100 hercios y menor que aproximadamente 10 kilohercios.

Otro dispositivo de electrodiálisis adecuado incluye un primer electrodo y un segundo electrodo separado del primer electrodo para definir un volumen, una fuente de alimentación capaz de enviar una corriente eléctrica continua en impulsos al primer electrodo y al segundo electrodo, y un controlador capaz de controlar el dispositivo de manera que el dispositivo funcione a través de una pluralidad de ciclos. Al menos uno de la pluralidad de ciclos incluye una etapa de desionización, en la que una fuente de alimentación de corriente continua hace pasar una corriente eléctrica continua directa (If) a los electrodos primero y segundo durante una primera duración (t1) , con el fin de alimentar un primer electrodo positivo y un segundo electrodo negativo, y una etapa de recuperación, en la que la fuente de alimentación envía corriente eléctrica continua inversa (Ir) a cada uno de los electrodos primero y segundo en una dirección opuesta a la corriente eléctrica continua directa durante una segunda duración (t2) . La frecuencia de cada ciclo de las pluralidades de ciclos a lo largo de un período de operación se encuentra en un intervalo de alrededor de 100 hercios a alrededor de 10 kilohercios.

En una realización, un proceso de electrodiálisis utiliza un dispositivo de electrodiálisis. El proceso incluye una pluralidad de ciclos, y al menos uno de la pluralidad de ciclos incluye una etapa de desionización, en la que una fuente de alimentación de corriente continua hace pasar una corriente eléctrica continua directa (If) a los electrodos primero y segundo durante una primera duración (t1) , con el fin de alimentar a un primer electrodo positivo y a un segundo electrodo negativo; y una etapa de recuperación, en la que la fuente de alimentación envía una corriente eléctrica continua inversa (Ir) a cada uno de los electrodos primero y segundo en una dirección opuesta a la corriente eléctrica continua directa durante una segunda duración (t2) . La frecuencia de cada ciclo de las pluralidades de ciclos a lo largo de un período de operación se encuentra en un intervalo de aproximadamente 100 hercios a aproximadamente 10 kilohercios.

En una realización, un proceso de electrodiálisis utiliza un dispositivo de electrodiálisis que tiene un compartimento de diluido. El proceso incluye hacer circular agua de alimentación en el dispositivo de electrodiálisis; energizar un electrodo en el dispositivo de electrodiálisis con una primera corriente eléctrica continua directa; monitorizar una concentración de iones en el compartimento de diluido del dispositivo de electrodiálisis con relación a un incremento de la concentración de iones con respecto a una primera concentración de iones preestablecida; energizar el electrodo con una corriente eléctrica continua de... [Seguir leyendo]

1. Un proceso de electrodiálisis que usa un dispositivo de electrodiálisis (10) , comprendiendo el proceso una plura

lidad de ciclos, comprendiendo al menos uno de la pluralidad de ciclos:

una etapa de desionización, en la que una fuente de alimentación de corriente continua (20) hace pasar una

5 señal eléctrica de corriente continua directa con una primera densidad de corriente directa (If) a un primer

electrodo positivo y a un segundo electrodo negativo durante una duración de la corriente directa (Tf) , con el

fin de alimentar el primer electrodo positivo y el segundo electrodo negativo; y

una etapa de recuperación, en la que la fuente de alimentación (20) envía una señal eléctrica de corriente

continua inversa con una primera densidad de corriente inversa (Ir) a cada uno de los electrodos primero y

10 segundo en una dirección opuesta a la señal eléctrica de corriente continua directa durante una duración de corriente inversa (Tr) , que se caracteriza porque

la frecuencia de cada ciclo de la pluralidad de ciclos durante un período de operación se encuentra en un in

tervalo desde aproximadamente 100 hercios a aproximadamente 10 kilohercios, en el que el proceso com

prende, además, al menos una etapa de inversión entre dos ciclos, haciendo pasar la fuente de alimenta

15 ción (20) una segunda señal eléctrica de corriente continua inversa con una segunda densidad de corriente

inversa (Ip) a los electrodos primero y segundo en una dirección contraria a la señal eléctrica de corriente

continua directa durante una segunda duración (Tp) de la corriente inversa, siendo mayor la segunda densi

dad de corriente inversa (Ip) que la primera densidad de corriente inversa (Ir) , siendo mayor la segunda du

ración de la corriente inversa (Tp) que la duración de la corriente inversa (Tr) .

20 2. El proceso de electrodiálisis como se ha definido en la reivindicación 1, en el que una relación de duración de la

duración de la corriente directa (Tf) con respecto a una suma de la duración de la corriente directa (Tf) y la dura

ción de la corriente inversa (Tr) , se encuentra en un intervalo de aproximadamente 1:10 a aproximadamente

1:100.