<Desc/Clms Page number 1>
machine à électrodialvse pour le traitement des eaux, Introduction.
Il s'agit d'une manière électrodialyse plus simple et mieux adaptée pour séparer certaines substances présentes dans l'eau. Les membranes pour électrodialyse apparurent dans les années 50. Elles se perfectionnèrent pour permettre une consommation moindre en énergie, et la diminution de la résistance physique dans leurs traversées. La plus part des membranes actuelles sont des supports organiques conducteurs d'électricité et intégrant des substances d'attractions galvaniques. En conclusion, la situation de ces points de polarités est difficile à réaliser en membranes minces, tout comme l'est, la localisation parfaite des polarités inverses. Les taux d'érosions ioniques responsables de la durée de vie des membranes peuvent aussi poser des problèmes. Aussi, n'est-il pas étonnant que cette méthode ne connaisse qu'une diffusion restreinte.
Son coût élevé et le fait qu'elle requiert des spécialistes hautement qualifiés en sont les causes.
La présente invention a donc tenté de diminuer la complexité de construction en introduisant d'une part, des tôles métalliques et conductrices très fines, mises en lamelle et en alternance avec le support ionique. D'autre part, ce même support ionique n'est autre qu'un matériau biologique absorbant têt par exempte te jute qui est prétraité par procédés de semi-pyrolyse alliant pression et présence des éléments porteurs d'ions. Ces mêmes éléments sont donc imprégnés dans la trame issu de la substance bio-organique.
L'ensemble ainsi obtenu est placé entre les tôles métalliques. Ces tôles comportent des perforations mai faites, formant des aspérités en pointes, lesquelles pointes perforent le matériau porteur d'ions jusqu'à rencontrer la tôle suivante. Ces mêmes tôles comportent certain desseins obligeant à plus d'échange. La nature des desseins ainsi que les diamètres des orifices des tôles déterminent le temps de polarisation et son efficacité.
Chaque ensemble tôle-tissu est pressé sur un support et séparé d'un autre support, de polarité inverse, par un film isolant et perméable. L'épaisseur de ces films perméables vt ; ne en fonction du degré de polarité, lequel augmente au fur et à mesure du montage ensembles et en direction de la sortie d'eau. Cette manière, de faire permet d'gobi ne meilleure sélection en filtrage, tout en garcont une répartition uniforme des charges ioni@es dans les ensembles. Outre la simplicité du système, l'invention permet : 1) de réduire les pressions de service, 2) de diminuer et de facililer les entrelients, 3) d'obtenir de meilleurs toux de purification.
<Desc/Clms Page number 2>
La position plus au moins proches des ensembles ainsi que la largeur variable des tôles à polarités inverses, et ce en fonction tant des taux d'impuretés que des taux de polarités, permet de diminuer les consommations électriques et d'augmenter l'efficience. Les formes géométriques que forment les perforations dans les tôles sont ausi significatives dans l'efficience du système.
Description détaillée.
1) Les ensembles. a) Les plaques conductrices et leurs auxiliaires.
Si l'équation d'efficacité est IEApNp : F = E pour lesquels 1 = la densité électrique, E est l'indice de transfert d'ions, Ap est la surface de transport d'ion par ensemble, donné en cm2, Np est le nombre d'ensemble et F la constante de Faraday.
On peut se rendre compte que : - Si l'on augmente ma largeur de plaque, on augmente les chances de polarisation car F = Wxt et si l'on adapte un dessein compatible avec la vitesse du flux et favorisant un mouvement de liquide qui aura une tendance a se frotter en minces filets différents sur les lamelles et les asperités conductrices, tout en étant dans son milieu de réaction électrolitique, on peux augmenter la perméabilité de flux. En adaptant les distances entre polarités différentes, en fonction des hauteurs des mêmes polarités électriques, on uniformise le processuces d'extraction d'ions. D'autre part, entre chaque polarité, une distance doit être maintenue pour isoler et permettre les mouvements ioniques (cations et anions).
Cette distance peut être produite par l'insertion d'un film isolant, perméable à l'eau. Quand à l'épaisseur de la matière-support et porteuse d'ions-elle peut varier selon la nature des eaux à épurer (conductibilité électrique). Comme on le voit, le dessein et les perforations de tôles permettent d'optimaliser le facteur"E" ; Ap est optimalisé par un diamètre de fil de tissage de la matière bio-organique avant semi-pyrolisation et ce en fonstion de la nature de l'eau à purifier. Comme signalé, Np varie en fonction du nombre de memorcnes, nombre regroupé par pair à polarités inverses. Les mêmes pair recoivent L. n voltage plus élevé au fur et à mesure de l'avancement de l'eau dans les ensembles.
EMI2.1
2) Le fabrication des fibres et leurs composés ioniques pour le procédé. Les fibres bio-orgcniques employées telles le jute, sont d'abord portées à températures de séchage, à pression atmosphérique ou en vide d'air.
<Desc/Clms Page number 3>
Le premier seuil de température à atteindre doit être de 60 C. Une fois l'uniformisation atteinte, le produit est chauffé à 1 OOOC et le seuil de température maintenu jusqu'à uniformisation. Le matériel est alors refroidit en air sec jusqu'à 50 C, seuil de température acceptable pour inonder ce même materiel dans le colloïde pour anions ou pour cations. Cette opération se fait en matrice et les fibres employées peuvent être tissées. La matrice est refermée et mise sous pression graduelle, accompagnée de température.
Ces pressions et températures dépendent des radicaux que l'on désir associer aux fibres bio-organiques et le seuil doit être suffisemment élevé que pour pouvoir atteindre un processus excedentaire de pyrolyse. Ensuite le produit est refroidit naturellement et la pression sera abaissée. C'est cet ensemble ainsi traité qui doit être déposé entre deux tôles conductrices.
3) Les cadres lateraux de juxtaposition d'ensembles.
Ces cadres répondent à deux contraintes : contacts francs et herméticités permettant l'action de poussée des ressorts sur les faces de contact et donc aussi le mouvement solidaire des fils conducteurs d'électricité d'alimentation. Les fils conducteurs électriques sont rattachés à une barre collectrice extérieure. La mise en place des ensembles se fait de la façon suivante : traction maintenue sur la barre collectrice extérieure jusqu'au moment ou tout les éléments de l'ensemble sont déposés. Après quoi, la traction est relachée et les contacts francs s'installent en même temps que l'herméticité dans les cadres.
4) Cadres supérieurs et inférieurs.
Ces cadres ont deux fonctions : servir de guide aux ensembles tant en assurant l'herméticité perimétrale de fonctionnement et servir de support et contre-forces aux organes de guidage et d'herméticité de films intermédiaires.
Ces cadres sont du même concept que les cadres latéraux mais sont fixés solidairement avec les organes de guidage, et herméticité des films, et avec les couvercles supérieurs et inférieurs. Une mécanique double et synchronisable d'appuis hydraulique assure la mise a pression nécessaire en même temps qu'elle ferme les couvercles et rend étanche le caisson des traitements.
5) Système de nettoyage,
Les solutions eaux/composants varient considérablement en excitations moléculaires par l'augmentation de la température. D'autre part, les métaux conducteurs rejettent les matériaux accumulés lorsqu'on change leur polarités. Enfin, une variation brusque de pression produit un bon effet mécanique d'évacuation.
<Desc/Clms Page number 4>
C'est en combinant ces trois principes avec un système d'ouverture-retour programme membrane par membrane-que l'on obtient le nettoyage désiré. Des échangeurs de chaleur récupèrent les chaleurs perdues. Une pompe à vide sur le circuit de solutions saturées permet d'en extraire l'eau par distillation combinée à 75 %.
Les pertes d'eaux sur la consommation pour le nettoyage sont donc très faibles (de l'ordre de 4% o) et les pertes énergétiques sont acceptables (de l'ordre de 20 %).
La mécanique et la mise en oeuvre est la suivante : a) forme et mouvements des guides et joints des passages des films.
Il s'agit de rouleaux enroulé dans un élastomère, terminés aux extrémités par des lèvres aux replis intérieurs. Ces guides sont maintenus par systèmes hydrauliques d'appuis et commandes pour une première parti une fois le couvercle mis en position de fermeture.
Pour la seconde partie, bien que ne pouvant être commandée séparément qu'une fois le couvercle fermé (commande synchronisée), elle sert d'ouverture-fermeture au programme de nettoyage et est commandée séparément par commande hydraulique sur rouleau ou axe de rouleau. En lachant la presion sur le rouleau, on ouvre aussi la vanne correspondante au film. b) position des guides-joints.
Ces guides sont placés deux à deux de chaque côtés des films, lesquels sont maintenus en position de tension par elastromères ou des ressorts. Les guides se logent dans la partie opposée au support des cadres supérieurs et inférieurs. La partie supérieure aux guides sert aux commandes et aux organes de renforcements. c) éléments du programme de nettoyage.
-la pompe de mise à pression, - te réservoir de mise à pression, -les échangeurs de chaleur, - l'accumulateur de chaleur, - le manifold de commandes pour caisson de traitement, -le P. H. mètre et le Q mètre, - la dynamo et son système de double tension, -la pompe à vide et le circuit d'eau récupéré et de retour sur réseau.
- La pompe de mise à pression est couplée sur un moteur hydraulique, lequel est de vitesse variable. Cette pompe adapte toujours le débit, de façon à obtenir une pression égaie en phase de nettoyage. Cette pression est plus élevée que la pression de service. De façon à éviter les coups de béliers provoqués par les jeux des vannes et les changements de débit, un réservoir de tenue de pression est couplé sur sortie de pompe.
- Les échangeurs de chaleurs sont de type classique, à contre-courant et permettent le préchauffage des eaux d'entrées.
<Desc/Clms Page number 5>
- l'accumulateur échangeur de chaleur est un double échangeur début et fin d'opération, il fonctionne sur le principe des accumulations par chaleur latente.
- Le manifold règle la programmation hydraulique des guides-joints, pompes d'extraction, pompe de nettoyage, pompe à vide, valve de début et fin d'opération, changement de voltage et l'inversion de circuit. Les valves complémentaires règlent la vitesse des moteurs et sont du type à ouverture/fermeture progressive et controlée.
- Le P. H. mètre et le ohmmètre nous indiquent le moment de nettoyage et l'état des ensembles.
- Les deux dynamos sont du type double, à zéro flottant, à double sortie sur même section de bobinage et à sorties multiples par voltage désirés. Une commande commutatrice enclanche les deux dynamos en phase de nettoyage, tandis qu'une seule, choisie en alternance, fournit l'énergie de désalinisation. Un réglage polaire assure la régulation d'intensité.
-La pompe à vide est du type à déplacement positifs, elle permet une meilleure évaporation des eaux pour obtenir un condensat moins dissous.
- L'eau condensée aux échangeurs est collectée en vase et remise sur réseau, une fois le processus de traitement remis en route, et ce par tube venturi.
Exemptes d'aoolication et schémas explicatifs.
Pour pouvoir comprendre plus concrètement et à titre purement indicatif, nous fournissons ci-après les schémas principaux de la machine dans une version préférée.
1) Tôle conductrices dans l'ensemble.
La fig. 1 montre un conducteur électrique perforé et estampé légèrement.
Cette figure est une vue en plan du conducteur et où : a) sont les desseins estampés, b) est la limite de l'ensemble du conducteur, c) sont les perforations effectuées dans le conducteur.
La Fig. 2 montre une vue verticale de ce conducteur où : a) sont les desseins estampés, b) est le reste de la tôle conductrice. c) sont les aspérités pointues issues des perforations malfaites.
2) La Fig. 3 montre une vue en plan du matériau dans une version privilégiée, soit du jute traité associé aux matériaux porteurs d'ions et dans lequel : a) est une texture en jute, b) sont les perforations provoquées par les aspérités, c) sont les endroits de compression/déformation provoquées par le dessein.
<Desc/Clms Page number 6>
La Fig. 4 montre une vue en coupe verticale et où l'on apprécie la retenue de texture par le conducteur et donc aussi l'uniformisation de propagation ionique : a) étant le tissu b) étant les aspérités du conducteur.
3) La Fig. 5 montre une coupe frontale du cadre latéral où : a) est la pièce de contact électrique, b) est son joint d'heréticité. c) est le cadre de retenue, d) est le fil conducteur électrique avec passe-fil, e) est le collecteur électrique, f) est une tôle de l'ensemble.
La Fig. 6 montre, par une vue verticale comment les cadres latéraux et supérieurs/ inférieurs se recoupent hermétiquement et où : a) est le guide latéral, b) est le guide supérieur, c) est le guide inférieur, d) est le joint d'intersection.
4) La Fig. 7 montre le montage des guides-joints des films entre-ensembles dans une coupe frontale où : a) est le cadre supérieur, b) l'appui du cadre, c) les guides-joints, d) le système d'appui.
5) La Fig. 8 est le circuit hydraulique du programme de nettoyage et où : a) sont les guides-joints d'ouverture du 1 er ensemble où deux flux d'eau chaude à haute pression passèrent préalablement, b) sont des guides-joints d'ouverture du 2ème ensemble où un seul flux d'eau chaude à haute pression passe préalablement. c) sont les guides-joints d'ouverture du premier ensemble où aucun flux d'eau chaude, à haute pression, n'est préalablement passé, d) sont de échangeurs"bas"de récupération"Haute température", e) sont des échangeurs "haut" de récupération basse température et de condensation, f) est la pompe d'injection pour nettoyage H. P., g) est la réserve d'eau, traitée par distillation. en récupération de la solution de nettoyage, h) est la pompe à vide.
i) est le venturi de pompage de l'eau récupérée par le circuit générale d'eau traitée.
<Desc / Clms Page number 1>
electrodialvse machine for water treatment, Introduction.
It is a simpler and better suited electrodialysis method to separate certain substances present in water. Membranes for electrodialysis appeared in the 1950s. They were perfected to allow less energy consumption and a decrease in physical resistance during their crossings. Most of the current membranes are organic supports that conduct electricity and incorporate substances of galvanic attraction. In conclusion, the situation of these points of polarities is difficult to achieve in thin membranes, just like is, the perfect localization of the reverse polarities. The rates of ionic erosion responsible for the lifespan of membranes can also be problematic. It is therefore not surprising that this method is only widely used.
Its high cost and the fact that it requires highly qualified specialists are the causes.
The present invention has therefore attempted to reduce the complexity of construction by introducing, on the one hand, very thin metal and conductive sheets, put in lamella and alternately with the ionic support. On the other hand, this same ionic support is none other than a tet absorbent biological material, for example te jute which is pretreated by semi-pyrolysis processes combining pressure and the presence of ion-carrying elements. These same elements are therefore impregnated in the frame from the bio-organic substance.
The assembly thus obtained is placed between the metal sheets. These sheets have perforations that may be made, forming asperities in points, which points perforate the ion-bearing material until they meet the next sheet. These same sheets have certain designs requiring more exchange. The nature of the designs as well as the diameters of the orifices of the sheets determine the polarization time and its effectiveness.
Each sheet-fabric assembly is pressed on a support and separated from another support, of reverse polarity, by an insulating and permeable film. The thickness of these permeable films vt; ne according to the degree of polarity, which increases as the assemblies are assembled and towards the water outlet. This way of doing things allows gobi a better selection in filtering, while at the same time a uniform distribution of the ionic charges in the sets. Besides the simplicity of the system, the invention makes it possible: 1) to reduce the operating pressures, 2) to decrease and facilitate the interleaving, 3) to obtain better coughs of purification.
<Desc / Clms Page number 2>
The position more or less close to the assemblies as well as the variable width of the sheets with reverse polarities, and this as a function of both the levels of impurities and the rates of polarities, makes it possible to reduce the electrical consumption and to increase the efficiency. The geometric shapes formed by the perforations in the sheets are also significant in the efficiency of the system.
Detailed description.
1) The sets. a) Conductive plates and their auxiliaries.
If the efficiency equation is IEApNp: F = E for which 1 = the electrical density, E is the ion transfer index, Ap is the ion transport surface per set, given in cm2, Np is the set number and F the Faraday constant.
We can realize that: - If we increase my plate width, we increase the chances of polarization because F = Wxt and if we adapt a design compatible with the speed of the flow and favoring a movement of liquid which will have a tendency to rub in thin different threads on the lamellae and the conductive asperities, while being in its electrolytic reaction medium, one can increase the permeability of flow. By adapting the distances between different polarities, according to the heights of the same electrical polarities, we standardize the process of ion extraction. On the other hand, between each polarity, a distance must be maintained to isolate and allow ionic movements (cations and anions).
This distance can be produced by the insertion of an insulating film, permeable to water. As for the thickness of the support and ion-bearing material, it can vary according to the nature of the water to be purified (electrical conductivity). As can be seen, the design and the perforations of the sheets make it possible to optimize the factor "E"; Ap is optimized by a diameter of the weaving thread of the bio-organic material before semi-pyrolization, depending on the nature of the water to be purified. As indicated, Np varies as a function of the number of memorcnes, a number grouped in pairs with reverse polarities. The same pairs receive L. n higher voltage as the water advances in the assemblies.
EMI2.1
2) The manufacture of fibers and their ionic compounds for the process. The organic fibers used such as jute are first brought to drying temperatures, atmospheric pressure or vacuum.
<Desc / Clms Page number 3>
The first temperature threshold to be reached must be 60 C. Once standardization is achieved, the product is heated to 1 OOOC and the temperature threshold is maintained until uniformity. The material is then cooled in dry air to 50 C, an acceptable temperature threshold for flooding this same material in the colloid for anions or cations. This is done in a matrix and the fibers used can be woven. The matrix is closed and gradually pressurized, accompanied by temperature.
These pressures and temperatures depend on the radicals which it is desired to associate with the bio-organic fibers and the threshold must be high enough only to be able to reach an excess pyrolysis process. Then the product is cooled naturally and the pressure will be lowered. It is this assembly thus treated which must be deposited between two conductive sheets.
3) The lateral frames of juxtaposition of sets.
These frames meet two constraints: frank contacts and hermeticities allowing the thrust action of the springs on the contact faces and therefore also the integral movement of the wires conducting the supply of electricity. The electrical conductors are attached to an external busbar. The assembly of the assemblies is done in the following way: traction maintained on the external busbar until the moment when all the elements of the assembly are removed. After which, the traction is released and the frank contacts are installed at the same time as the hermeticity in the frames.
4) Upper and lower managers.
These frames have two functions: to serve as a guide for the assemblies both while ensuring the perimetric hermeticity of operation and to serve as support and counter-forces to the guiding and hermeticity bodies of intermediate films.
These frames are of the same concept as the side frames but are fixed integrally with the guide members, and hermeticity of the films, and with the upper and lower covers. A double, synchronizable hydraulic support mechanism provides the necessary pressure while closing the covers and sealing the treatment box.
5) Cleaning system,
The water / component solutions vary considerably in molecular excitations by increasing the temperature. On the other hand, conductive metals reject the accumulated materials when their polarities are changed. Finally, an abrupt change in pressure produces a good mechanical evacuation effect.
<Desc / Clms Page number 4>
It is by combining these three principles with an opening-return system membrane by membrane program that the desired cleaning is obtained. Heat exchangers recover the lost heat. A vacuum pump on the saturated solutions circuit makes it possible to extract water from it by combined distillation at 75%.
The water losses on consumption for cleaning are therefore very low (of the order of 4% o) and the energy losses are acceptable (of the order of 20%).
The mechanics and implementation is as follows: a) shape and movements of the guides and joints of the film passages.
These are rollers wrapped in an elastomer, terminated at the ends by lips with internal folds. These guides are maintained by hydraulic support and control systems for a first party once the cover is placed in the closed position.
For the second part, although it cannot be ordered separately until the lid is closed (synchronized control), it serves as an opening-closing function for the cleaning program and is controlled separately by hydraulic control on a roller or roller axle. By pressing the pressure on the roller, the valve corresponding to the film is also opened. b) position of the joint guides.
These guides are placed two by two on each side of the films, which are held in the tensioned position by elastomers or springs. The guides are housed in the part opposite the support for the upper and lower frames. The upper part of the guides is used for controls and reinforcements. c) elements of the cleaning program.
- the pressure pump, - the pressure tank, - the heat exchangers, - the heat accumulator, - the control manifold for treatment casing, - the PH meter and the Q meter, - the dynamo and its double voltage system, -the vacuum pump and the water circuit recovered and returned to the network.
- The pressure booster pump is coupled to a hydraulic motor, which is of variable speed. This pump always adapts the flow, so as to obtain an even pressure during the cleaning phase. This pressure is higher than the operating pressure. In order to avoid water hammer caused by valve clearance and flow changes, a pressure holding tank is coupled to the pump outlet.
- The heat exchangers are of the conventional type, against the current and allow the preheating of the inlet waters.
<Desc / Clms Page number 5>
- the heat exchanger accumulator is a double exchanger at the start and end of operation, it works on the principle of accumulations by latent heat.
- The manifold regulates the hydraulic programming of the seal guides, extraction pumps, cleaning pump, vacuum pump, start and end of operation valve, voltage change and circuit reversal. The additional valves regulate the speed of the motors and are of the progressive and controlled opening / closing type.
- The P.H. meter and the ohmmeter indicate the cleaning time and the condition of the assemblies.
- The two dynamos are of the double type, with floating zero, with double output on the same winding section and with multiple outputs by desired voltage. A switching command activates the two dynamos during the cleaning phase, while only one, chosen alternately, supplies the desalination energy. A polar adjustment ensures intensity regulation.
-The vacuum pump is of the positive displacement type, it allows better evaporation of water to obtain a less dissolved condensate.
- The water condensed at the exchangers is collected in a vase and returned to the network, once the treatment process restarted, and this by venturi tube.
Free of aoolication and explanatory diagrams.
To be able to understand more concretely and purely for information, we provide below the main diagrams of the machine in a preferred version.
1) Conductive sheet as a whole.
Fig. 1 shows a perforated and slightly stamped electrical conductor.
This figure is a plan view of the conductor and where: a) are the stamped designs, b) is the boundary of the entire conductor, c) are the perforations made in the conductor.
Fig. 2 shows a vertical view of this conductor where: a) are the stamped designs, b) is the rest of the conductive sheet. c) are the sharp asperities resulting from the wrong perforations.
2) Fig. 3 shows a plan view of the material in a preferred version, either of treated jute associated with ion-bearing materials and in which: a) is a jute texture, b) are the perforations caused by the roughness, c) are the compression / deformation locations caused by the design.
<Desc / Clms Page number 6>
Fig. 4 shows a view in vertical section and where we appreciate the texture retention by the conductor and therefore also the uniformity of ionic propagation: a) being the fabric b) being the roughness of the conductor.
3) Fig. 5 shows a front section of the lateral frame where: a) is the electrical contact piece, b) is its seal of heretics. c) is the retaining frame, d) is the electrical conducting wire with grommet, e) is the electrical collector, f) is a sheet of the assembly.
Fig. 6 shows, in a vertical view how the lateral and upper / lower frames hermetically overlap and where: a) is the lateral guide, b) is the upper guide, c) is the lower guide, d) is the intersection joint .
4) Fig. 7 shows the mounting of the joint guides of the films between sets in a front section where: a) is the upper frame, b) the support of the frame, c) the joint guides, d) the support system.
5) Fig. 8 is the hydraulic circuit of the cleaning program and where: a) are the opening joint guides of the 1st assembly where two streams of hot water at high pressure previously passed, b) are opening joint guides of the 2nd set where a single stream of hot water at high pressure passes beforehand. c) are the opening joint guides of the first assembly where no hot water flow, at high pressure, has previously passed, d) are "low" recovery exchangers "High temperature", e) are "high" heat exchangers for low temperature and condensation recovery, f) is the HP cleaning injection pump, g) is the water reserve, treated by distillation. recovering the cleaning solution, h) is the vacuum pump.
i) is the venturi pumping the water recovered by the general circuit of treated water.