CH697830B1 - Modular aufgebaute Vorrichtung zur kontinuierlichen, elektrolytischen Behandlung von Trink- und Brauchwasser. - Google Patents

Abstract

Eine modular aufgebaute Vorrichtung für ein damit auszuführendes Verfahren zur kontinuierlichen, elektrolytischen Behandlung von Trink- und Brauchwasser sowie anderen als Elektrolyt (5, 5´) geeigneten Lösungen weist einen durch ein Diaphragma (4) und eine Anode (10) sowie eine dazwischen angeordnete Spacerplatte (45) begrenzten Anodenraum (12) und einen durch das Diaphragma (4) und eine Kathode (20) sowie eine dazwischen angeordnete Spacerplatte (45´) begrenzten Kathodenraum (22) auf. Der modulare Aufbau der Vorrichtung besteht weiterhin aus jeweils einer von Anodenraum (12) resp. Kathodenraum (22) abgewandten, an der Anode (10) resp. Kathode (20) anliegenden Isolatorplatte (2), wobei eines oder mehrere solcher Diaphragmalysemodule (1) durch eine Basisplatte (30) und eine Abdeckplatte (31) mittels Schraubverbindung mechanisch gehalten werden.

Description

  [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine modular aufgebaute Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrolytischen Behandlung von Trink- und Brauchwasser gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Die elektrochemische Behandlung von Wasser und/oder wässrigen Lösungen sowie anderer als Elektrolyten geeigneten Lösungen ist bekannt. Die elektrische Polarisierung, oder Ionisierung, solcher Lösungen dient in der Regel der Reinigung. Für die praktische Herstellung solcher ionisierten Lösungen sind verschiedene Reaktoren und Vorrichtungen bekannt. Typisch sind sogenannte Rundreaktoren, wie eine Ausführung in der EP0 842 122B1 beschrieben ist.

   In dieser Schrift wird der Vorteil der modularen Bauweise eingehend behandelt.

[0003] Man kann mittels modularer Bauweise durch paralleles oder serielles Verbinden der notwendigen Anzahl von Modulen die gewünschte Produktionskapazität bereitstellen. Weil erst die Herstellung einer Vielzahl gleicher Module die wirtschaftliche Produktion mittels Serienfertigung ermöglicht, ist man daran interessiert, möglichst viele kleine Einheiten zu bauen. Diese müssen sich dann aber relativ leicht verbinden lassen, um Ansprüche grösserer hydraulischer oder prozesstechnischer Anforderungen gerecht werden zu können.

   Rohrmodule der in EP 0 842 122B1 vorgestellten Art bewähren sich genau dafür und werden für vielerlei Anwendungen und Verbindungsformen mit Erfolg eingesetzt.

[0004] Diese Rohrmodule sind aber mit dem gravierenden Nachteil behaftet, dass deren Vielzahl relativ viel Platz in Anspruch nimmt. Um viele Module in Serie geschaltet und/oder parallel zu verbinden, müssen mechanische Befestigungen geplant werden, und für die hydraulische Verbindung braucht man Rohrleitungen.

   Dies erfordert viel Aufwand in der Planung, so dass diese Module für den flexiblen Einsatz, wie er z.B. im Lagerbetrieb oder im militärischen Einsatz erforderlich ist, nicht praktisch sind und nicht einfach eingesetzt werden können.

[0005] Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, elektrolytischen Behandlung von Trink- und Brauchwasser der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die Vorteile der bekannten Vorrichtungen erhalten bleiben, das Gerät aber speziell in der Verbindung von Modulen wenig Platz in Anspruch nimmt, trotzdem modular aufgebaut werden kann, und dabei für den Durchfluss des Elektrolyten bei guter Durchmischung wenig hydraulischer Widerstand vorhanden ist.

   Die Module sollen zudem möglichst flexibel eingesetzt werden können.

[0006] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] In der Zeichnung zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>Funktionsskizze


  <tb>Fig. 2<sep>Einfaches Modul


  <tb>Fig. 3<sep>Zwei Module


  <tb>Fig. 4<sep>Elektrodenplatte


  <tb>Fig. 5<sep>Spacerplatte


  <tb>Fig. 6<sep>Diaphragmaplatte


  <tb>Fig. 7<sep>Ansicht Spacerdichtung von vorne


  <tb>Fig. 8<sep>Ansicht Spacerdichtung von hinten

[0008] Die Figuren stellen bevorzugte beispielhafte Ausführungsvorschläge dar, welche in der nachfolgenden Beschreibung als Beispiele erläutert werden.

[0009] Die Behandlung von Lösungen, die sich als Elektrolyten eignen, also der Prozess für die elektrochemische Behandlung, ist in Fig. 1 dargestellt. Die gleichen oder unterschiedlichen Elektrolyten 5, 5 ¾ werden dem Diaphragmalysemodul 1, also dem Kathodenraum 22 bzw. dem Anodenraum 12, zugeführt. Die Plus-Seite der Gleichstromeinspeisung, also die Anode 10, zieht alle negativ geladenen Teile des Elektrolyten 5 an, so dass das den Anodenraum 12 verlassende Anolyte 11 positive Ladung aufweist. Dasselbe mit umgekehrter Polung geschieht mit Elektrolyte 5 ¾.

   Die Minus-Seite, also die Kathode 20, zieht alle positiv geladenen Teile des Elektrolyten 5 ¾ an, so dass das den Kathodenraum 22 verlassende Katholyte 21 positive Ladung aufweist. Negativ geladene Teile, die mit dem Elektrolyten 5 in den Anodenraum 12 eingespeist werden, bleiben in der Nähe der positiv geladenen Anode 10 und verlassen den Anodenraum 12 als Anolyte 11. Positiv geladene Teile die mit dem Elektrolyten 5 ¾ in den Kathodenraum 22 eingespeist werden, bleiben in der Nähe der negativ geladenen Kathode 20 und verlassen den Kathodenraum 22 als Katholyte 21.

[0010] Das elektrisch neutrale Diaphragma 4 ist für den Elektrolyten 5 oder 5 ¾ zu einem gewissen Grad durchlässig, verhindert aber die Durchmischung des Inhaltes des Anodenraumes 12 mit dem Inhalt des Kathodenraumes 22 und unterstützt so einen Trenneffekt.

   Positiv geladene Teile, die mit dem Elektrolyten 5 in den Anodenraum 12 eingespeist werden, suchen den Weg durch das Diaphragma 4 in den Kathodenraum 22 und verlassen diesen als Katholyte 21. Sie werden durch die negativ geladene Kathode 20 angezogen. Mit den negativ geladenen Teilen, die mit dem Elektrolyten 5 ¾ in den Kathodenraum 22 eingespeist werden, geschieht dasselbe im umgekehrten Sinne. Sie durchqueren das Diaphragma 4 und verlassen den Anodenraum 12 als Anolyte 11.

[0011] Die vorgestellte Vorrichtung, also das Diaphragmalysemodul 1 der erfinderischen Art ist in Sandwichbauweise aufgebaut. Aussen begrenzen zwei Isolatorplatten 2 und 2 ¾ das Diaphragmalysemodul 1 (Fig. 2). Dazwischen sind die Anodenplatte 10 und die Kathodenplatte 20, die ihrerseits die Spacerplatten 3 und 3 ¾ umfangen, welche dann wieder ein Diaphragma 4 halten.

   Dieses Diaphragma 4 ist eine Membran, welche die Durchmischung von Anolyte 11 und Katolyte 21 zwischen Anodenraum 12 und Kathodenraum 22 nur zum Teil zulässt und den Austausch erschwert, positiv oder negativ geladene Teile aber dennoch durchlässt.

[0012] Um einem Diaphragmalysemodul 1 die notwendige mechanische Festigkeit zu geben, wird es mit einer Basisplatte 30 und einer Abdeckplatte 31 zusammengehalten. Die konstruktive Lösung lässt es zu, dass einzig durch Verlängerung der Schrauben, die zwischen Basisplatte 30 und Abdeckplatte 31 eingesetzt werden, eines oder mehrere Module 1, 1 ¾, 1 ¾ ¾ etc. in einen Block zusammengebaut werden können (Fig. 3).

[0013] Um die Sandwichbauweise anwenden zu können, bedarf es spezieller Konstruktionen der Anodenplatten 15, Kathodenplatten 25, Isolatorplatten 2 und Spacerplatten 3.

   Die konstruktive Ausbildung von Anodenplatte 15 und Kathodenplatte 25 sowie der Anode 10 und der Kathode 20 ist identisch. In Fig. 4 ist der Aufbau gezeigt, der für die Anodenplatte 15 und die Kathodenplatte 25 verwendet wird.

[0014] Der einfacheren Erklärung halber werden in der Folge die in Fig. 4 abgebildeten Anode 10, Kathode 20 mit Elektroden 6 und die für beide gleich gestaltete Dichtung mit Elektrodendichtung 7 bezeichnet. Die Dicke der Elektroden 6 ist normalerweise ca. 3 mm bis 4 mm, im Folgenden mit x bezeichnet. Elektroden 6 und Elektrodendichtung 7 sind formschlüssig ausgebildet (Fig. 4). Die Form der Elektrode 6 ist im vorliegenden Beispiel einem Rechteck ähnlich, kann aber jede beliebige Form haben. Die Elektrodendichtung 7 wird so ausgebildet, dass sie die Elektrode 6 formschlüssig umschliesst.

   Die Elektrodendichtung 7 ist aus hochelastischem Isolations- und Dichtungsmaterial. Diese Elektrodendichtung 7 weist eine Dicke x ¾ von sicher mehr als x auf (x ¾ > x) Beim Zusammenbau wird die Elektrodendichtung 7 gepresst, so dass die elastische Elektrodendichtung 7 alle Ritzen zwischen Elektrode 6 und dem Stromführungsteil 8 schliesst und abdichtet. Insbesondere die Zuflusskanäle 34 für das Elektrolyte 5 sowie die Abflusskanäle für Anolyte 35 und Katholyte 36 müssen gegen die Elektrode 6 und gegen die Isolationsplatte 2 (Fig. 2) ebenfalls hydraulisch dicht sein.

[0015] Für die Funktionsweise des Diaphragmalysemoduls 1 ist die Aufstellung wichtig. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt sollen Zufluss 34 des Elektrolyten 5 in der Vertikalen möglichst unten angeordnet und die Abflüsse 35 und 36 von Anolyte 11 und Katholyte 21 möglichst oben angeordnet sein.

   Auf diese Art werden die bei der elektrochemischen Reaktion entstehenden Gase 3 immer automatisch zusammen mit Anolyte 11 durch Abflusskanal 14 und mit Katholyte 21 durch Abflusskanal 24 abgeführt.

[0016] In Fig. 5 ist die Funktion der beiden Spacerplatten 45 und 45 ¾ gezeigt. Der Spacer 40 ist im vorliegenden Beispiel als kreisrunde Scheibe ausgebildet. Der Spacer 40 kann jedoch jede Form haben. Der Spacer 40 weist eine Dicke y auf. Eine Spacerdichtung 41 muss den Spacer 40 formschlüssig umschlingen. Die Spacerdichtung 41 wird eine grössere Dicke y ¾ als y aufweisen (y ¾ >= y). Beim Zusammenbau wird die Spacerdichtung 41 gepresst, so dass sie gegen die Anodenplatte 15, das Diaphragma 4 und die Kathodenplatte 25 (Fig. 2) sauber abdichtet.

   Die beiden Spacerdichtungen 41 und 41 ¾ weisen gleiche Zu- und Abflusskanäle auf, sind jedoch jeweils um die Vertikale um 180 deg. verdreht eingebaut. Dies zeigen die Fig. 7 und Fig. 8. Die der Kathodenplatte 25 anliegende Spacerdichtung 41 ¾ der Spacerplatte 45 ¾ ist so angeordnet, dass der Abflusskanal 24 für Katholyte 21 und der gegenüberliegende Zuflusskanal 34 ¾ für den Elektrolyten 5 ¾ der Kathodenraum 22 gespiesen werden kann. Die der Anodenplatte 15 anliegende Spacerdichtung 41 der Spacerplatte 45 ist so angeordnet, dass der Abflusskanal 14 für Anolyte 11 und der gegenüberliegende Zuflusskanal 34 für den Elektrolyten 5 der Anodenraum 12 gespiesen werden kann. Wie früher beschrieben, können zwar Elektrolyt 5 und Elektrolyt 5 ¾ identisch sein, es können jedoch für spezielle verfahrenstechnische Anwendungen auch verschiedene Lösungen eingeleitet werden.

   Je nach Eigenschaften der Elektrolyten 5 oder 5 ¾ werden auch Katholyte 21 und Anolyte 11 andere Eigenschaften aufweisen.

[0017] Anhand der Isolatorplatte 2 (Fig. 5) wird im Folgenden die mechanische Verbindung der Basisplatte 30, der Isolatorplatte 2, der Anodenplatte 15, der Kathodenplatte 25, der Spacerplatten 45, 45 ¾ und der Abdeckplatte 31 erklärt. Alle diese Bestandteile eines Diaphragmalysemoduls 1 der erfinderischen Art weisen alle auf Fig. 6 dargestellten Bohrungen 14, 24, 33, 34 und 34 ¾ auf. Die funktionelle Bedeutung der Zu- und Abflussöffnungen 14, 24, 34 ¾ und 34 ist oben beschrieben. Die Bohrungen 33 dienen der einfachen Verbindung aller Teile. Je nach Anzahl der gewünschten Module 1 werden längere oder kürzere Schrauben 35 (Fig. 2, 3) in den dafür vorgesehenen Bohrungen 33 eingesetzt, um das ganze Paket zusammenzupressen.

   Wie für Elektrodendichtung 7 und Spacerdichtung 41 oben beschrieben, werden alle das Diaphragmalysemodul 1 umfassenden Teile zusammengepresst. Dabei ist zu beachten, dass alle Schrauben 35 gleichmässig angezogen werden, damit die Dichtung der Elemente gewährleistet ist.

[0018] Die Elektroden 6 (Anode 10 beziehungsweise Kathode 20) sind gemäss Fig. 4 mit der Elektrodendichtung 7 eine Einheit und bilden die Anodenplatte 15 beziehungsweise die Kathodenplatte 25, die konstruktiv identisch sind. Die Elektrode 6 ist über einen von der Elektrodendichtung 7 umfangenen Stromführungsteil 8 mit einem Stromanschluss 9 ausgerüstet. Die Elektroden 6 werden an eine Gleichstromquelle von z.B. 24 Volt angeschlossen.

   Dabei wird die Kathode 20 an den negativen und die Anode 10 an den positiven Pol angeschlossen.

[0019] Dem Aufbau der Spacerplatte 45 und dem Spacer 40 wurde spezielle Aufmerksamkeit zugewandt. Der Spacer 40 besteht aus einem gegossenen Geflecht mit einer Dicke von ca. 3 mm bis 10 mm und einer Maschenweite von ca. 4 mm bis 8 mm. Der Fadendurchmesser beträgt ca. 1.5 mm bis 5 mm. Das Verhältnis von Fadendurchmesser zum Zwischenraum bildet ein Verhältnis von 1:2 bis zu 1:4. Das Spacergeflecht soll durch den Elektrolyten 5 über die längere Diagonale der Maschen angeflutet werden. Deshalb muss die Orientierung des Maschengewebes des Spacers 40 beim Einbau beachtet werden.

[0020] Durch die Wahl eines gegossenen Geflechts erreicht man, dass der Spacer keine toten Räume aufweist.

   Während des Prozesses ist es wichtig, dass das im Anodenraum 12 gebildete Anolyte 10 und das im Kathodenraum 22 gebildete Katholyte 20 durch frisch zugeführten Elektrolyt 5 und 5 ¾ vollständig ausgewaschen wird. Auf diese Weise wird ein Schrittverfahren ermöglicht. Man kann je nach Bedarf für die Qualität von Anolyte 10 und Katholyte 20 eine schrittweise Beschickung des Diaphragmalysemoduls 1 steuern. Die Zykluszeiten bewegen sich dabei normalerweise im schnellen Sekundentakt von ca. 0.5 bis 5 sec. Sie richten sich natürlich nach dem Volumen der Anoden- und Kathodenräume 12 und 22. Der modulare Aufbau des Diaphragmalysemoduls 1 ermöglicht es, für spezielle Anwendungen Kathodenraum 22 und Anodenraum 12 mit verschiedenen Volumina auszubilden.

   Dies ist vorteilhaft und ermöglicht die optimale Einstellung erst, wenn die zugeführten Elektrolyt 5 und Elektrolyt 5 ¾ verschieden sind und andere Verweilzeiten für die richtigen Qualitäten angewendet werden können.

[0021] Um Kalkablagerungen auf den Elektroden 6 zu vermeiden beziehungsweise die Elektroden 6 zu reinigen, werden die Pole der Gleichstromquelle von Zeit zu Zeit gewechselt. Nach der Umpolung lösen sich die an den Elektroden 6 angebackenen Kalkteile und verlassen das Diaphragmalysemodul 1 zusammen mit Anolyte 11, Katholyte 21 und den Gasen 3. Dieser Reinigungsprozess kann in der oben beschriebenen Schrittschaltung eingebaut werden. Die Reinigung erfolgt automatisch und der Prozess läuft ohne manuellen Eingriff weiter.

   Welche Schrittfolge respektive nach wie vielen der oben beschriebenen Schritten ein Reinigungsprozess eingebaut werden soll, wird empirisch ermittelt. Der Betreiber der Anlage ist gut beraten, wenn er diese Schrittschaltung von Zeit zu Zeit prüft und den Erkenntnissen entsprechend evtl. anpasst.

Claims (7)

1. Modular aufgebaute Vorrichtung zur kontinuierlichen, elektrolytischen Behandlung von Trink- und Brauchwasser sowie andern als Elektrolyt (5) geeigneten Lösungen, wobei der Elektrolyt (5) in einem durch ein Diaphragma (4) und eine Anode (10) begrenzten Anodenraum (12) dem Einfluss der negativ geladenen Anode (10) und in einem durch das Diaphragma (4) und eine Kathode (20) begrenzten Kathodenraum (22) dem Einfluss der positiv geladenen Kathode (20) ausgesetzt ist, wobei Elektrolyten (5, 5 ¾) gleicher oder verschiedener Art eingespeist werden, sodass aus dem Anodenraum (12) eine positiv geladene Lösung, genannt Anolyte (11), und aus dem Kathodenraum (22) eine negativ geladene Lösung, genannt Katholyte (21), gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die modular aufgebaute Vorrichtung aus einer ersten Isolatorplatte (2), einer Anodenplatte (15), zwei Spacerplatten (45, 45 ¾),

zwischen denen sich das Diaphragma (4) befindet und einer Kathodenplatte (25) sowie aus einer zweiten Isolatorplatte (2 ¾) besteht, wobei eines oder mehrere solcher Diaphragmalysemodule (1) durch eine Basisplatte (30) und eine Abdeckplatte (31) mittels Schraubverbindung mechanisch gehalten sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenplatte (15) aus einer Anode (10) und einer dieselbe umschliessende Elektrodendichtung (7) besteht, wobei die Anode (10) mit einem die Elektrodendichtung (7) durchdringenden Stromführungsteil (8) verbunden ist, an dem der Stromanschluss (9) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenplatte (25) aus einer Kathode (20) und einer dieselbe umschliessenden Elektrodendichtung (7) besteht, wobei die Kathode (20) mit einem die Elektrodendichtung (7) durchdringenden Stromführungsteil (8) verbunden ist, an dem der Stromanschluss (9) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spacerplatte (45) aus einem Spacer (40) und einer dieselbe umschliessenden Spacerdichtung (41) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spacerdichtung (41) zwei radial verlaufende Kanäle (6) aufweist.

6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (5, 5 ¾) schrittweise im Sekundentakt zugeführt wird, wobei der Zyklus zwischen 0.5 und 5 Sekunden beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Elektrolyt (5) für den Anodenraum (12) und Elektrolyt (5 ¾) für den Kathodenraum (22) verschiedenartig sind, wobei die Qualität von Anolyte (11) und Katholyte (21) dadurch angepasst werden kann.