CH650418A5 - Apparatus for electrochemical cleaning of effluent - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung und kann bei der Reinigung von durch organische, oberflächenaktive Stoffe, mechanische Schwebestoffe u.ä. verunreinigten Abwässern Verwendung finden.

Am erfolgreichsten kann der vorgeschlagene Apparat zur Reinigung von durch Erdölprodukte verunreinigten Flüssigkeiten, wie z.B. Polymere, Öle und Fette, enthaltende Abwässer, zum Einsatz kommen.

Dank ihren hohen technologischen Möglichkeiten sind in der letzten Zeit Apparate zur elektrochemischen Abwasserreinigung, insbesondere Apparate, die nach dem Elektroflo-tations- und Elektrokoagulationsprinzip funktionieren, vielseitig zu verwenden.

Bekannt sind Apparate zur elektrochemischen Abwasserreinigung mit diskontinuierlichem oder kontinuierlichem Betrieb.

Es ist ein Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung bekannt geworden (SU-Urheberschein Nr. 407 844), der einen Absetzraum und eine in dem Absetzraum angeordnete und mit ihm verbundene Elektrokoagulationskammer aufweist. Die Elektrokoagulationskammer enthält eine Anzahl Lösungselektroden und einen unterhalb der Elektroden eingebauten Zulaufstutzen für Abwasser. Im Absetzraum ist ein Ablaufstutzen für Klärwasser vorgesehen. Während der Reinigung fliesst das Abwasser mit Zusatzstoffen (NaCl, HCl) durch die mit Gleichstrom betriebenen Lösungselektroden. Dabei bilden sich Metallhydroxide, die die Koagulation von im Abwasser vorhandenen Stoffen hervorrufen. Aus der Elektrokoagulationskammer gelangt die zu reinigende Flüssigkeit in den Absetzraum, in dem der Schaum von der Flüssigkeit getrennt wird, wonach der Schaum und das Klärwasser getrennt abgeführt werden.

Da das Abwasser durch die Elektroden fliesst, werden diese vom Abwasser verschmutzt, was deren Abnützung und folglich erhöhten Elektroenergieverbrauch sowie eine Verschlechterung der Reinigungsgüte, d.h. eine Senkung der Leistungsfähigkeit des Apparates zur Folge hat.

Es ist ferner ein Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung bekannt (Japan-PS Nr. 52-14 397), in dem einer Elektrokoagulationskammer ein Elektrolyt zugeführt und diese ausschliesslich zur Gewinnung von Koagulanten verwendet wird, die Abwasserreinigung aber in einer anderen Kammer erfolgt. Dieser wird das Abwasser, gemischt mit einem Koagulanten enthaltenen Elektrolyt, aus der Elektrokoagulationskammer zugeführt.

Bei einer derartigen baulichen Gestaltung des Apparates werden die Ablagerungen an der Elektrodenoberfläche wesentlich verringert. Es werden aber die Koagulations- und Flotationsmöglichkeiten der Elektroden beachtlich weniger ausgenutzt, da beim Elektrolytzulauf aus der Elektrokoagulationskammer in den Absetzraum die Vereinigung von Koagulanten (Metallhydroxide, welche nach dem Auflösen der Lösungselektroden entstehen) und von auf der Oberfläche der Lösungselektroden gebildeten Gasbläschen zu einem Aggregat stattfindet, wodurch deren spezifische Oberfläche und demzufolge auch das Koagulations- und Flotationsvermögen der Elektroden herabgesetzt werden.

Die genannten Faktoren beeinflussen die Leistungsfähigkeit des Apparates im negativen Sinne, da ein erheblicher Teil von entstehenden Koagulanten und Gasbläschen während des Reinigungsvorganges nicht zum Einsatz kommen.

Es sind Apparate bekannt, in denen das Abwasser der Elektrokoagulationskammer durch einen oberhalb der Elektroden eingebauten Stutzen zugeführt und der Elektrolyt durch die Elektroden durchgelassen wird.

In derartigen Apparaten erfolgt die Abwasserreinigung praktisch ohne Verschmutzung der Elektroden, mit einer geringeren Verschlechterung deren Koagulations- und Flotationsvermögen und demzufolge mit einer höheren Leistung als die im obenbeschriebenen Apparat.

Ein ebenfalls bekannter Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung (s. SU-Urheberschein Nr. 644 738), weist einen Absetzraum mit einem Ablaufstutzen für Klärwasser auf, welcher mit einer darin angeordneten Elektrokoagulationskammer verbunden ist. Diese ist rohrförmig ausgeführt und enthält im unteren Teil eine Anzahl Lösungselektroden sowie einen über diesen eingebauten Zulaufstutzen für das Abwasser.

Der Zulaufstutzen für das Abwasser soll in einem solchen Abstand von den Elektroden angeordnet werden, dass die Möglichkeit deren Verschmutzung durch im Abwasser vorhandenen Stoffen ausgeschlossen wird. Wird z.B. ein zylinderförmiger Stutzen eingesetzt, so liegt dieser Abstand in einem Bereich von ld bis 7d, wobei mit d - der Durchmesser des Stutzens bezeichnet ist.

Der Nachteil des beschriebenen Apparates ist eine niedrige Reinigungsleistung sowie ein erhöhter Verbrauch an Lösungselektroden und elektrischer Energie, insbesondere bei der Behandlung eines stark verunreinigten Abwassers (mit einem Gehalt von im Abwasser vorhandenen Stoffen von 2000 mg/1 und höher). Eine derartige Abwasserreinigung wird bei einer hohen Stromdichte von 1,5 bis 2,5 A/dm2 durchgeführt, wobei sich eine grosse Schaummenge entwik-kelt, die 30 bis 40% des behandelten Abwasservolumens betragen kann. In der Schaummenge sind 10-15% gute Sorp-tions- und Koagulationsvermögen aufweisende Metallhydroxide des Elektrodenmetalls enthalten. Das Schaumprodukt wird aber beim bekannten Apparat nicht verwendet sondern aus dem Apparat entfernt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung zu schaffen, bei welchem durch eine bessere Ausnutzung des eine erhebliche Koagulantenmenge enthaltenden Schaumproduktes die Leistung des Apparates erhöht und sein spezifischer Elektroenergieverbrauch herabgesetzt wird.

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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung, bestehend aus einem Absetzraum mit Ablaufstutzen für Klärwasser bzw. Schlamm sowie einer im Absetzraum angeordneten und mit ihm verbundenen Elektrokoagulationskammer, die Zulaufstutzen für Abwasser bzw. Elektrolyt und eine unter dem Zulaufstutzen für Abwasser angeordnete Anordnung von Lösungselektroden aufweist, erfmdungsgemäss in der Wandung der Elektrokoagulationskammer am Umfang verteilt und unterhalb des Wasserspiegels im Absetzraum Offnungen vorhanden sind, wobei der Apparat Injektoren zum Zuführen von mindestens einem Teil des Schaums aus dem oberen Teil der Elektrokoagulationskammer in den oberen Teil des Absetzraumes enthält, die zum Anschluss an eine Druckgasquelle bestimmt sind und von denen jede einen Ansaugstutzen für Schlamm sowie eine Düse aufweist, welche in eine der in der Wandung der Elektrokoagulationskammer ausgeführten Öffnungen mündet.

Bei einer derartigen baulichen Gestaltung des Apparates wird durch eine bessere Ausnutzung des an Koagulanten reichen Schaumproduktes die Leistung des Apparates erhöht und sein spezifischer Elektroenergieverbrauch herabgesetzt.

Es ist zweckmässig, im Absetzraum unterhalb der Öffnungen in der Wandung der Elektrokoagulationskammer eine Anzahl von nicht lösbaren Elektroden aufzustellen, die zur Beschleunigung der Flotation von Koagulanten bestimmt sind, welche in dem aus der Elektrokoagulationskammer zufliessenden Schaum enthalten sind.

Im weiteren wird die Erfindung an Hand von konkreten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung;

Fig. 2 eine Baugruppe A der Fig. 1 in vergrössertem Massstab;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 durch die Elektrokoagulationskammer in vergrössertem Massstab.

Der erfmdungsgemässe Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung gemäss Fig. 1 besteht aus einem Absetzraum 1 und einer darin angeordneten Elektrokoagulationskammer 2, die als ein vertikales Rohr mit einem offenen oberen Ende ausgeführt ist, welches im unteren Teil eine Anzahl Lösungselektroden 3 enthält. Über diesen Elektroden 3 ist ein Zulaufstutzen 4 für Abwasser eingebaut und unter den Elektroden 3 befindet sich ein Zulaufstutzen 5 für Elektrolyt.

Im oberen Teil des Absetzraumes 1 ist ein Ablaufstutzen 6 für Klärwasser und im unteren Teil ein Ablaufstutzen 7 für Schlamm vorhanden.

Im Absetzraum 1 ist eine rohrförmige Trennwand 8 aufgestellt, deren obere Stirnseite in der gleichen Höhe liegt wie das offene Ende der Elektrokoagulationskammer 2. Die untere Stirnseite der Trennwand 8 bildet mit dem Boden des Absetzraumes 1 einen Ringspalt, durch den die zu reinigende Flüssigkeit fliesst. Zur Schaumentfernung kann eine bekannte Vorrichtung 9 verwendet werden.

Gemäss der Erfindung sind in den Wandungen der Elektrokoagulationskammer 2 am Umfang verteilt und, unterhalb des Wasserspiegels des Absetzraumes 1, Öffnungen 10 vorhanden.

Der Apparat weist Luftinjektoren 11 auf (s. auch Fig. 2 und 3), durch welche wenigstens ein Teil des Schaums aus dem oberen Teil der Elektrokoagulationskammer 2 dem oberen Teil des Absetzraumes 1 zugeführt wird. Die Injektoren 11 sind derartig angeordnet, dass sich die Düse 12 jedes Injektors in eine der Öffnungen 10 erstreckt (Fig. 3). Die Injektoren 11 (Fig. 1 und 3) werden durch eine Rohrleitung 13 an eine Druckgasquelle (nicht gezeigt) angeschlossen. Es ist

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zweckmässig, als Druckgas Druckluft zu verwenden. Jeder der Injektoren weist einen Stutzen 14 zur Schaumentnahme aus der Elektrokoagulationskammer 2 auf.

Gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 werden im Absetzraum 1 unterhalb der in der Wandung der Elektrokoagulationskammer 2 ausgeführten Öffnungen 10 unlösbare Elektroden 15 und 16 aufgestellt. Dabei wird die eine Elektrode 15 an die Plusklemme 17 und die Elektrode 16 an die Minusklemme 18 einer Gleichstromquelle (nicht gezeigt) angeschlossen. Jede Elektrode 15 und 16 kann als eine Lochscheibe aus einem rostfreien Stahl ausgeführt sein. Der Abstand zwischen den Elektroden 15 und 16 beträgt 10 bis 20 mm. Die in der Zeichnung angegebene Elektrodenpolung wird bevorzugt.

Der Apparat weist auch einen Stutzen 19 zum Abführen von nichtkoagulierten Aggregaten der im Abwasser vorhandenen Stoffe und Hydroxide aus der Absetzkammer 1 auf.

Die Arbeitsweise des Apparates ist wie folgt: Vor der Abwasserbehandlung werden die Elektrokoagulationskammer 2 und der Absetzraum 1 mit einem Elektrolyt (technisch reines Wasser mit geringen Zugaben von HCl und NaCl) gefüllt, wonach an die Lösungselektroden 3 und an die nicht lösbaren Elektroden 15 und 16 eine Spannung angelegt wird. Nach einer Zeitspanne von 25 bis 30 s wird das Abwasser dem Apparat durch den Zulaufstutzen 4 zugeführt. Das Abwasser fliesst in die Elektrokoagulationskammer 2 und füllt deren Volumen aus. Gleichzeitig mit der Abwasserzugabe wird Druckluft durch die Injektoren 11 zugeführt.

Durch anodische Auflösung der Lösungselektroden 3 werden Metallhydroxide gebildet und Gasbläschen (Wasserstoff) entwickelt, welche die Metallhydroxide entlang der Elektrokoagulationskammer 2 nach oben tragen. Es erfolgt eine Vermischung mit dem zufliessenden Abwasser und die Koagulation der Abwasserinhaltsstoffe. Das auf diese Weise behandelte Abwasser samt den Aggregaten der im Abwasser vorhandenen Stoffe und Hydroxide fliesst durch die zwischen den Düsen 12 und Wänden der Öffnungen 10 gebildeten Ringspalten in die mittlere Zone des Absetzraumes über, wo es unter Wirkung von aus den Düsen 12 strömender Druckluft im gesamten Volumen des Absetzraumes gleich-massig verteilt wird. Gleichzeitig mit der Druckluft wird dem Absetzraum durch den Stutzen 14 und Düsen 12 Schaum zugeführt, welcher sich im oberen Teil des Apparates angesammelt hat und auch aktive Hydroxide enthält. Der Schaum vermischt sich mit der durch den Ringspalt zwischen den Düsen 12 und Wänden der Öffnungen 10 fliessenden Flüssigkeit und trägt zur zusätzlichen Koagulation der im Abwasser vorhandenen Stoffe sowie zur besseren Ausnutzung der Hydroxide bei.

Die in der Flüssigkeit enthaltenen nichtkoagulierten Aggregate von im Abwasser vorhandenen Stoffen und Hydroxiden fliessen durch die angeordneten Elektroden 3, werden durch die an diesen Elektroden entwickelten Gasbläschen nach oben flotiert und im Masse ihrer Ansammlung durch den Stutzen 19 abgeführt. Das Klärwasser fliesst durch ein von der vertikalen Trennwand 8 gebildetes Labyrinth des Absetzraumes und wird durch den Ablaufstutzen 6 abgeführt. Ein Teil vom Klärwasser kann in den unteren Teil der Elektrokoagulationskammer 2 zum Rückumlauf zurückgeführt werden.

Der sich im oberen Teil des Apparates ansammelnde Schaum wird mittels der Vorrichtung 9 entfernt, während der Schaum im Absetzraum 1 durch den Ablaufstutzen 7 abgeführt wird.

Durchgeführte Experimente mit dem Apparat haben gezeigt, dass durch die bessere Ausnutzung von Produkten der Elektrodenauflösung und durch das Koagulationsvermögen des während der elektrolytischen Behandlung der Flüssigkeit

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gebildeten Schaums die Reinigungsleistung um 15 bis 3 5 % höher ausfällt. Der grössere Wert bezieht sich auf Abwässer mit einerhohen Konzentration der Abwasserinhaltsstoffe. Gleichzeitigwird der Verbrauch an Elektroenergie um das 1,25- bis 1,4fache und an Elektroden um das 1,3- bis 1,4fache herabgesetzt. Der Reinigungsgrad beträgt dabei 98,9 bis 99,4%.

Ferner führt die Druckluftzerstäubung der Flüssigkeit zur besseren Koagulation der restlichen Abwasserinhaltsstoffe, wodurch der Elektroenergieverbrauch der angeordneten nicht lösbaren Elektroden um das 1,8- bis 2,0fache herabgesetzt wird.

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650418 PATENTANSPRÜCHE

1. Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung, bestehend aus einem Absetzraum mit Ablaufstutzen für Klärwasser bzw. Schlamm sowie einer im Absetzraum angeordneten und mit diesem verbundenen Elektrokoagulations-kammer, die Zulaufstutzen für Abwasser bzw. Elektrolyt und eine unter dem Zulaufstutzen für Abwasser montierte Anordnung von Lösungselektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung der Elektrokoagula-tionskammer (2) am Umfang verteilt und unterhalb des Wasserspiegels des Absetzraumes (1) Öffnungen (10) vorhanden sind, wobei der Apparat Injektoren (11) zum Zuführen von mindestens einem Teil des Schaums aus dem oberen Teil ucr Eiekuokoagulationskammer (2) in den oberen Teil des Absetzraumes (1) enthält, die zum Anschluss an eine Druckgasquelle bestimmt sind und von denen jede einen Ansaugstutzen (7) für Schlamm sowie eine Düse (12) aufweist, welche in eine der in der Wandung der Elektrokoagulations-kammer (2) ausgeführten Öffnungen (10) mündet.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Anzahl von nicht lösbaren Elektroden £15 und 16) aufweist, die in dem Absetzraum (1) unter den Öffnungen in der Wandung der Elektrokoagulationskammer (2) aufgestellt und zur Beschleunigung der Flotation von Koa-gulanten bestimmt ist, die in dem aus der Elektrokoagulationskammer (2) zufliessenden Schaum enthalten sind.