DE10013457A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Wasser - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Wasser

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Wasser, umfassend ein Gehäuse und mindestens zwei entgegengesetzt elektrisch geladene Elektroden beschrieben, wobei mindestens eine der Elektroden eine poröse Kohlenstoffmembran auf einem porösen Trägermaterial umfaßt. Ferner wird ein Verfahren zur Abtrennung gelöster Stoffe aus wäßriger Lösungen mittels elektrisch geladener Kohlenstoffmembranen beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Wasser sowie ein Verfahren zur Abtrennung gelöster Stoffe aus wäßrigen Lösungen mittels elektrisch geladener Kohlenstoffmembranen.
Zur Reinigung von Wasser kennt man die verschiedensten Verfahren, die sich je nach An­ wendungszweck unterschiedlichster Technologien bedienen. So finden beispielsweise ver­ schiedene Filtrationsverfahren über Ionenaustauscher, Aktivkohle und dergleichen Anwen­ dung zur Enthärtung von Wasser, zur Entfernung von Chlor, Nitraten etc. Auch im großen Maßstab bei der Entsalzung von Meerwasser oder der Reinigung von Grund- und Brackwas­ ser werden unterschiedlichste Reinigungsverfahren angewendet. Zur Entsalzung von Meer­ wasser sind neben den Verdampfungs- und Rekondensationsverfahren insbesondere auch Hy­ perfiltration und Elektrodialyse bekannt. Bei den letztgenannten Verfahren werden selektive Membranen zur Erzielung eines ausreichenden Trenneffektes eingesetzt.
Bei der Hyperfiltration (auch: Umkehrosmose) werden mittels einer semipermeablen Mem­ bran durch Anlegen eines Druckes, der den osmotischen Druck übersteigt, Salze aus Salzlö­ sungen abgetrennt. Hierbei wird salzreiches Rohwasser unter Druck gegen eine Membran gepreßt, wobei reines Wasser gegen den osmotischen Druck durch die Membran diffundiert und eine konzentriertere Salzlösung zurückläßt.
Demgegenüber werden bei Dialyse- und Elektrodialyseverfahren permselektive und ionense­ lektive Membranen verwendet, die selektiv für bestimmte Ionen durchlässig sind. Triebkraft für den Stofftransport durch diese Membranen sind hier insbesondere die Potentialdifferenz eines gerichteten elektrischen Feldes bei der Elektrodialyse sowie die Konzentrationsdifferenz der Komponenten beiderseits der Membran. Durch Abtrennung gelöster Salze über die Mem­ bran wird mit diesen Verfahren einerseits als sogenanntes Diluat abgereichertes bzw. reines Wasser gewonnen, andererseits ein angereichertes Konzentrat. Bei der Elektrodialyse sind innerhalb eines elektrischen Feldes zwischen Anode und Kathode eine Vielzahl von alternie­ renden Anionen- und Kationenaustauscher-Membranen angeordnet. Die Kammern zwischen den Membranen werden abwechselnd von einer Elektrolytlösung (Rohwasser) und einer Spül­ lösung durchströmt. Unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes wandern die Anionen durch die anionenselektiven Membranen, die Kationen durch die kationenselektiven Membranen. Es resultieren somit abwechselnd in den Kammern zwischen den Membranen Diluat- und Kon­ zentratlösungen.
Die im Stand der Technik beschriebenen Membranen für Umkehrosmose, Dialyse- und Elek­ trodialyseverfahren sind in der Regel Kunststoffmembranen verschiedenster Art, Naturstoff­ membranen wie beispielsweise Cellulose, oder auch keramische Membransysteme. Der mo­ lekulare Transportmechanismus bei diesen Verfahren beruht vor allen Dingen auf Diffusion und Ionenaustausch.
Die Porengrößen dieser Membranen liegen in der Regel bei 1 bis 10 nm Porenweite. Während bei der Umkehrosmose die Porenweiten so eng gewählt werden, daß lediglich Wasser durch die Poren hindurchtreten kann, wohingegen Ionen zurückgehalten werden, werden bei Dialy­ se- und Elektrodialyse Membranen mit größeren Porenweiten verwendet, welche den Durch­ tritt selektiv ausgewählter Ionen und gelöster Stoffe erlauben.
Ein wesentliches praktisches Problem bei diesen Membranverfahren ist die meist geringe Permeabilität. Um wirtschaftliche Durchsätze zu erreichen, sind daher große Membranober­ flächen notwendig.
Nachteiligerweise sind die herkömmlichen Membrantrennverfahren in der Regel auch nur bei Rohwasser mit geringen Salzgehalten, wie etwa Grund- und allenfalls noch Brackwasser wirt­ schaftlich anwendbar, während beispielsweise zur Meerwasserentsalzung (Salzgehalte von 30000-45000 ppm) thermische Verfahren energetisch vorteilhafter sind.
Ferner wirkt sich bei den genannten Membranen konventioneller Wasserreinigungsverfahren nachteilig aus, daß die Poren nach und nach infolge von Bakterienbewuchs blockiert werden. Entsprechend nimmt die Permeabilität mit zunehmender Betriebsdauer ab. Zur Aufrechterhal­ tung der Betriebsfähigkeit dieser Systeme müssen daher aufwendige Reinigungs- und Sterili­ sationsverfahren in regelmäßigen zeitlichen Abständen angewandt werden.
Ein weiterer Nachteil konventioneller Polymermembranen und keramischer Membranen ist deren Empfindlichkeit gegenüber Chlor. Dieses bei der Reinigung stark chloridhaltiger Sy­ steme durch anodische Oxidation entstehende Gas greift das Membranmaterial stark an und zerstört dabei das Porengefüge.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Reinigung von Wasser und wäßrigen Lösungen zur Verfügung zu stellen, welches gleichermaßen unempfindlich gegen Bakterienbewuchs und Chloreinwirkung ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Reinigung von Wasser zur Verfil­ gung zu stellen, deren Membran auf einfache Weise von Bakterienbewuchs und sonstigen Verunreinigungen befreit werden kann.
Die vorrichtungsbezogenen Aufgaben werden durch die Merkmale des unabhängigen An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert.
Die verfahrensbezogene Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Abwandlun­ gen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Unteransprüchen dazu definiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von Wasser umfaßt ein Gehäuse und min­ destens zwei entgegengesetzt elektrisch geladene Elektroden, wobei mindestens eine der Elektroden eine poröse Kohlenstoffmembran auf einem porösen Trägermaterial umfaßt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung gelöster Stoffe aus wäßrigen Lösungen ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
  • - Kontaktieren der Lösung mit der Oberfläche zweier entgegengesetzt elektrisch geladener Elektroden, wobei eine der Elektroden eine poröse Kohlenstoffmembran aufweist,
  • - Anlegen eines geeigneten elektrischen Potentials zur Steuerung der effektiven Porenweite der Kohlenstoffmembran, und
  • - getrenntes Abführen der angereicherten Lösung (Konzentrat) von einer Seite der Mem­ bran und der abgereicherten Lösung (Diluat) von der entgegengesetzten Seite der Mem­ bran.
Der grundsätzliche Aufbau, einige Herstellungsaspekte sowie die Funktionsweise einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur Wasserreinigung wird nachfolgend erläutert:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in bekannter Weise aus einem Gehäuse, in wel­ chem mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl von Elektroden angeordnet sind, die mit­ tels geeigneter Stromversorgungseinrichtungen paarweise entgegengesetzt elektrisch geladen werden können. Ferner sind in üblicher Weise Einrichtungen zur Zuführung von Rohwasser und zur Abführung von gereinigtem Wasser (Diluat) und angereicherter Lösung (Konzentrat) vorgesehen. Beispielsweise können hierfür in den Elektroden der erfindungsgemäßen Vor­ richtung mit einer Pumpe verbundene Hohlraumkanäle, Bohrungen und dergleichen vorgese­ hen werden. Gegebenenfalls können zusätzlich Auslaßöffnungen und/oder Überdruckventile für an den Elektroden elektrochemisch erzeugte Gase vorgesehen werden.
Mindestens eine, bevorzugt mehrere Elektroden erfindungsgemäßer Vorrichtungen bestehen aus einem (gegebenenfalls elektrisch leitfähigen, vorzugsweise mit ohmscher Leitfähigkeit) porösen Trägermaterial, welches an der Oberfläche mit einer ebenfalls elektrisch leitfähigen porösen Kohlenstoffmembran ausgestattet ist. Als Trägermaterial können beispielsweise ke­ ramische Materialien, Siliziumoxide, Aluminiumoxide, Aluminosilikate, Titanoxide, Zirkoni­ umoxide, Mischungen dieser Oxide, Zeolithe und dergleichen verwendet werden. Bevorzugt ist die Verwendung von Aktivkohlematerial, insbesondere gesinterte Aktivkohle. Die Elek­ troden können beliebige Formen annehmen, wie etwa die Form von Platten und/oder Rohren, Formkörpern und dergleichen. Besonders bevorzugt sind die Elektroden so gestaltet und an­ geordnet, daß ein möglichst intensiver, großflächiger und langandauernder Kontakt des zuge­ führten Rohwassers mit der Kohlenstoffmembran an den Elektroden ermöglicht wird.
In bevorzugten Ausführungsformen werden durch Extrusion hergestellte poröse Aktivkohle­ formkörper verwendet. Deren Herstellung ist seit langem im Stand der Technik bekannt (sie­ he hierzu z. B. FUEL 1981, Volume 60, Seite 817 ff., DE 21 19 829, DE 36 18 426).
Üblicherweise erfolgt die Herstellung von Aktivkohleformteilen durch Verpressen von Koh­ le/Binder-Gemischen, anschließendes Sintern und Dampfaktivierung. Besonders bevorzugt ist gesinterte Aktivkohle in der Form von Formkörpern mit einer Dichte von 0,2 bis 1,8 g/l, vor­ zugsweise 0,6 bis 1,2 g/l, und einer BET-Oberfläche von größer als 200 m2/g, vorzugsweise größer als 500 m2/g, mehr bevorzugt größer als 800 m2/g, besonders bevorzugt größer als 1000 m2/g und insbesondere bevorzugt von größer als 1200 m2/g.
Derartige gesinterte Aktivkohleformkörper ermöglichen beispielsweise eine hohe Oberflä­ chenmobilität adsorbierter Komponenten. Ferner weist derartiges Aktivkohlematerial für die Verwendung als Elektrodenträgermaterial eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf. Weiterhin ist dieses Aktivkohlematerial in erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Reinigung von Wasser konstruktiv besonders geeignet für die Anbringung von Bohrungen zur Bildung von Absaugkanälen für das Permeat.
Zur Erzeugung von Kanälen zum Abführen des Permeats innerhalb der Aktivkohleformkör­ perelektroden können vor dem Verpressen des Kohle/Binder-Gemisches niedrigschmelzende Stoffe, beispielsweise Metalle eingelagert werden, welche beim Sintern schmelzen, herauslau­ fen und so die entsprechenden Hohlräume erzeugen.
Alternativ hierzu ist auch die mechanische Einbringung von entsprechenden Abführkanälen mittels Bohrung und dergleichen möglich. Die erfindungsgemäß verwendbaren membranisierten Elektroden sind mit einer Aktivkohlemembran verbunden, vorzugsweise selbst an mindestens einer Oberfläche des Trägermaterials membranisiert. Auch hierzu sind im Stand der Technik viele geeignete Verfahren bekannt.
Meistens werden zur Erzeugung von Kohlenstoffmembranen auf Formkörpern sogenannte CVD-Verfahren angewendet. Hierzu wird der Träger, im Fall der vorliegenden Erfindung die Elektrode, mit Kohlenwasserstoff abspaltenden Verbindungen bei hohen Temperaturen be­ handelt (vgl. G. Savage, "Carbon-Carbon Composites", Chapman & Hall, London, 1993, Sei­ te 85 ff., US 3,960,769, und US 3,979,330). Als Kohlenwasserstoff-abspaltende Verbindun­ gen kommen nahezu alle bekannten gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffe mit ausreichender Flüchtigkeit in Frage. Beispiele hierfür sind Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen, lineare und verzweigte Alkane, Alkene und Alkine mit Kohlenstoffzahlen von C1-20, aromati­ sche Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Naphthalin etc., ein- und mehrfach alkyl-, alkenyl- und alkinylsubstituierte Aromaten wie zum Beispiel Toluol, Xylol, Kresol, Styrol etc. und der­ gleichen. Diese werden in CVD-Verfahren zumeist in geringer Konzentration in einem Inert­ gas wie zum Beispiel Stickstoff, Argon oder dergleichen verwendet. Auch der Zusatz von Wasserstoff zu entsprechenden Abscheidegasgemischen ist möglich.
Zur gleichmäßigeren Verteilung der abgeschiedenen Aktivkohlemembran auf der Matrix wird das in der Literatur beschriebene und dem Fachmann wohlbekannte sogenannte CVI- Verfahren (Chemical Vapour Infiltration), siehe z. B. auch W. Benzinger et al., Carbon 1996, 34, Seite 1465 standardmäßig angewandt, wobei während der Abscheidung der Membran die Zersetzungsgase der Kohlenstoff-abspaltenden Verbindungen mittels eines kontinuierlichen Vakuums an die Oberfläche der Transportmatrix gesaugt werden ("forced-flow-CVI"), wo sich der Kohlenstoff selektiv abscheidet. Dadurch wird ein im wesentlichen homogenes Po­ rengefüge in der Aktivkohlemembran erhalten. Die Homogenisierung des Porengefüges mit­ tels forced-flow-CVI erhöht zudem die mechanische Festigkeit der Membran. Optional kann nach der CVI-Membranisierung ein weiterer Sinterschritt bei Temperaturen von bis zu 1200°C durchgeführt werden, um die Homogenisierung und Festigkeit weiter zu stabilisieren. Für CVI-Prozesse werden im wesentlichen dieselben oben erwähnten Kohlenwasserstoff­ abspaltenden Verbindungen wie bei CVD-Verfahren angewandt.
Auch kann bei zu geringer Permeabilität der resultierenden Membran das Porensystem nach­ träglich erweitert werden, in dem man die Membran kurzzeitig mit einem Oxidationsmittel, zum Beispiel Salpetersäure, benetzt und anschließend thermisch nachbehandelt.
Die Dicke der Aktivkohlemembranschicht bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen beträgt bis zu 2 mm, bevorzugt bis zu 100 µm, besonders bevorzugt bis zu 10 µm.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen umfassen mindestens eine mit einer oberflächlichen Koh­ lenstoffmembran versehene poröse Elektrode, die auf geeignete Weise durch Anlegung einer Gleichspannung elektrisch geladen ist. Es ist insbesondere bevorzugt, wenn die Kohlenstoff­ membran selbst elektrisch leitfähig ist. Als Gegenelektrode kann eine baugleiche membrani­ sierte poröse Elektrode oder eine Elektrode aus einem beliebigen anderen elektrisch leitfähi­ gem Material verwendet werden, beispielsweise aus Metall.
Die Membranelektrode und die Gegenelektrode werden entgegengesetzt elektrisch geladen. Auf diese Art und Weise wird zwischen den beiden entgegengesetzt elektrisch geladenen Elektroden ein elektrisches Feld aufgebaut, unter dessen Einfluß elektrisch geladene Teilchen in einem zugeführten Rohwasserstrom an die jeweils entgegengesetzten geladenen Kohlen­ stoffmembranen auf der Oberfläche der porösen Elektroden wandern.
Die mittels geeigneter Strom-/Spannungsquellen angelegte Spannung wird man angesichts der konkreten baulichen, mengenmäßigen, chemischen etc. Bedingungen passend wählen. Sie kann gegebenenfalls höher sein, beträgt üblicherweise aber nur bis zu 10 V, vorzugsweise bis zu 5 V, besonders bevorzugt bis zu 3 V. Hierbei ist die tatsächlich angelegte Spannung, wie auch die gewählte Stromstärke in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Leitfähig­ keit der zu reinigenden Lösung festzulegen.
Die Trennvorgänge an den erfindungsgemäßen Kohlenstoffmembranen basieren vorwiegend auf zwei Merkmalen, die die Art des durch die Membran durchtretenden Permeats wesentlich bestimmen: Die Porenweite der Poren in der Kohlenstoffmembran und das angelegte elektri­ sche Potential.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer ersten, bevorzugten Ausführungsform so gestaltet sein, daß im wesentlichen nur Wasser durch die Membran permeiert. Hierzu muß die Kohlenstoffmembran so aufgebaut sein, daß die Porenweiten relativ klein sind. Entsprechende erfindungsgemäße Kohlenstoffmembranen weisen Porenweiten von etwa 10 bis 100 Å, vor­ zugsweise 10 bis 60 Å, und insbesondere bevorzugt 10 bis 30 Å auf.
Dabei sind jedoch auch größere Porenweiten möglich, da die tatsächliche (effektive) Poren­ weite der Membranporen im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner durch das angelegte elektrische Potential mitbestimmt wird.
Durch Regelung des elektrischen Potentials an der Kohlenstoffmembran kann an den Poren eine Ionenatmosphäre aufgebaut werden, welche dazu führt, daß je nach angelegtem Potential durch Bildung von Ionenkanälen die Poren so verengt werden, daß nahezu ausschließlich die kleinen Wassermoleküle durch die Membran hindurchtreten können. Das durchtretende Was­ ser wird dann mittels geeigneter Einrichtungen kontinuierlich abgeführt, beispielsweise durch abpumpen.
Das anzulegende elektrische Potential variiert je nach Leitfähigkeit und Zusammensetzung der zu reinigenden Lösung und kann vom Fachmann durch einfache Versuche ermittelt wer­ den. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl mit konstantem, als auch mit zeitlich variierendem Potential betrieben werden.
Auf der Außenseite der Kohlenstoffmembran verbleibt dabei ein angereichertes, aufkonzen­ triertes Konzentrat zurück, das nachfolgend abgeführt und gegebenenfalls wieder in die Vor­ richtung zurückgeführt oder in eine nachfolgende, in Reihe geschaltete weitere Vorrichtung geleitet werden kann.
Die an der Kohlenstoffmembran auftretenden Trenneffekte beruhen also zum wesentlichen Teil auf der Potentialdifferenz des gerichteten elektrischen Feldes. Die an der Membran ab­ laufenden Adsorptions-, Diffusions- und Konvektionsvorgängen werden durch das angelegte elektrische Potential maßgeblich beeinflußt.
Ferner können durch Anlegen einer geeigneten Druckdifferenz zwischen erstem und zweitem Arbeitsbereich an den beiden Seiten der Membran die Trennvorgänge beschleunigt werden. Hierzu können Druckgradienten von etwa 1 bis 3 bar oder größer angewendet werden.
Da das angelegte elektrische Potential an der Kohlenstoffmembran die tatsächliche Porenwei­ te und somit die Selektivität des Durchtritts bestimmter Komponenten steuert, kann die Koh­ lenstoffmembran in erfindungsgemäßen Vorrichtungen eine relativ hohe Porosität mit großen Porenweiten aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist, daß die hohe Porosität der bevorzugt verwendeten Aktivkohleform­ körperelektroden mit oberflächlicher Kohlenstoffmembran zu einer entsprechend hohen Per­ meabilität des Systems führt, was letztlich in hohen Durchflußraten resultiert. Gleichzeitig ermöglicht die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Elektroden hohe Oberflächen bei geringem Platzbedarf. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfah­ rens gegenüber anderen Membrantrennverfahren deutlich.
Durch Variation des elektrischen Potentials ist es in einer anderen bevorzugten Ausführungs­ form möglich, die Porenweite ausreichend großporiger Kohlenstoffmembranen so zu modifi­ zieren, daß die Membran für bestimmte elektrische Ladungsträger, wie etwa Ionen, selektiv durchlässig wird. Auf diese Weise wird es möglich, selektiv bestimmte Ionen oder derglei­ chen aus der zugeführten Lösung abzutrennen. Auch die nahezu vollständige Abtrennung von Salzen aus wäßrigen Lösungen durch potentialgesteuerte Permeation durch die Membran im Sinne einer Elektrodialyse wird so ermöglicht.
Da die erfindungsgemäß verwendbaren Kohlenstoffmembranen elektrisch leitfähig sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache Weise von Verunreinigungen zu befreien. So kann zum Beispiel ein Bakterienbewuchs auf der Membran in bestimmten zeitlichen Abstän­ den diskontinuierlich durch Anlegen einer entsprechend abgestimmten elektrischen Spannung im Wege der galvanischen Oxidation der Bakterien entfernt werden. Mikroorganismen kön­ nen auf diese Weise durch anodische Oxidation, z. B. durch generierten Sauerstoff, oder durch kathodische Reduktion vernichtet werden.
Ferner erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung auf vorteilhafte Weise die Sterilisation der Elektroden und Membranen durch direkte elektrische Beheizung. Dies ist apparativ auf be­ sonders einfache Weise möglich, da die Temperatur der Kohlenstoffmembran aufgrund deren ohmscher Leitfähigkeit durch Anlegen eines entsprechenden elektrischen Stromes direkt er­ höht werden kann.
Durch Einlagerung katalytisch wirksamer Metalle in die Elektroden bzw. Kohlenstoffmem­ branen ist es möglich, beispielsweise toxische organische Komponenten im Wasser durch elektrokatalytische Oxidation zu entfernen bzw. zu zerstören. Auch in diesem Fall kann die Regeneration der katalytisch wirksamen Oberfläche durch direkte elektrische Beheizung der Elektrode und der Kohlenstoffmembran, bzw. durch direkte Elektrokatalyse (galvanisch) er­ folgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, wie auch die erfindungsgemäße Vorrichtung sind für eine Vielzahl von Anwendungen verwendbar. Diese Anwendungen umfassen beispielsweise die Gewinnung von Speisesalz aus Meerwasser (Konzentrat), die Trinkwassergewinnung (Diluat) aus Meerwasser, Brackwasser oder verunreinigten Grund-, Ab- und Oberflächenwässern, die Aufbereitung von Kesselspeisewasser, die Entsalzung bzw. Entsäuerung von Fruchtsäften, Lebensmitteln und Fermentationslösungen, die Rückgewinnung von Schwermetallionen aus Galvanikspülwässern, die Enthärtung von Wasser, Dechlorierung und Nitratreduzierung in Trinkwasser und dergleichen, sowie die Herstellung von keimarmem oder keimfreiem Was­ ser.
Anhand des folgenden Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden:
Fig. 1 zeigt eine Anordnung von acht Elektroden zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Elektroden bestehen aus porösen Aktivkohleformkörpern 1, die aus einer zentralen Platte 2 mit beidseitig aufgebrachten kammartigen Lamellenstrukturen 3 zur Ver­ größerung der äußeren Oberfläche bestehen. Die äußerste Oberfläche der Lammellenstruktu­ ren 3 ist mit einer dünnen Aktivkohlemembran überzogen (nicht dargestellt). Die Aktivkohle­ formkörper 1 sind mit einer Strom-/Spannungsquelle 4 so verbunden, daß bei Anlegung einer Gleichspannung die Aktivkohlemembranen alternierend positiv und negativ aufgeladen wer­ den. Innerhalb der zentralen Platten 2 der Aktivkohleformkörper 1 sind Bohrungen bzw. Ab­ fuhrkanäle angeordnet, die über eine zentrale Ableitung 5 mit einer Absaugeinrichtung 6 ver­ bunden werden können.
Ein senkrecht zur Bildebene parallel zu den Lamellen 3 eingeführter Rohwasserstrom wird an den elektrisch geladenen Aktivkohlemembranen entlang der Lamellen sukzessive entwässert und verläßt als Konzentrat die Vorrichtung. Das durch die Membranen permeierende (Rein-)Wasser wird durch die Bohrungen in den Elektroden über die Ableitung 5 abgepumpt.
Je nach Anforderungen an die Reinheit des Permeats kann dieses ein- oder mehrmals durch erfindungsgemäße Vorrichtungen geführt werden.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Wasser, umfassend:
ein Gehäuse und mindestens zwei entgegengesetzt elektrisch geladene Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden eine poröse Kohlenstoffmem­ bran auf einem porösen Trägermaterial umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffmembran elektrisch leitfähig ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffmembran elektrisch sterilisierbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode aus Metall und/oder einem anderen elektrisch leitfähigem Material besteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Trägermaterial aus keramischen Materialien, Sili­ ziumoxiden, Aluminiumoxiden, Aluminosilikaten, Titanoxiden, Zirkonoxiden, Zeolithen, Aktivkohle, und gesinterter Aktivkohle ausgewählt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Elektroden aus Aktivkohleformkörpern bestehen.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Zuführung von Rohwasser an die Elektro­ den, zur Abführung von Diluat, zur Abführung von Konzentrat und Einrichtungen zur Strom­ versorgung der Elektroden vorgesehen sind.
8. Verfahren zur Abtrennung gelöster Stoffe aus wäßrigen Lösungen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • - Kontaktieren der Lösung mit der Oberfläche zweier entgegengesetzt elektrisch gela­ dener Elektroden, wobei mindestens eine der Elektroden eine poröse Kohlenstoff­ membran aufweist,
  • - gegebenenfalls Anlegen eines geeigneten elektrischen Potentials zur Steuerung der effektiven Porenweite der Kohlenstoffmembran, und
  • - getrenntes Abführen der angereicherten Lösung (Konzentrat) von einer Seite der Membran und der abgereicherten Lösung (Diluat) von der entgegengesetzten Seite der Membran.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Potential und/oder die Porenweite der Mem­ bran so gewählt ist, daß im wesentlichen nur Wasser durch die Membran permeiert.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Potential und/oder die Porenweite der Mem­ bran so gewählt ist, daß elektrische Ladungsträger durch die Membran zum Konzentrat per­ meieren.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat im Kreislauf geführt wird.
12. Verfahren zur Regeneration organisch verunreinigter Kohlenstoffmembranen durch kontinuierliche oder diskontinuierliche galvanische Beaufschlagung der Membranelek­ trode zur oberflächigen Entfernung möglicher Bakterien und/oder Keime.
13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Entsalzung von Meerwasser, zur Reinigung von Brack-, Grund-, Ab- und/oder Oberflächenwasser, zur Herstellung von keimarmem oder keimfreiem Wasser, zur Nitratreduzierung, Dechlorierung oder Wasserenthärtung und zur Aufkonzentrierung von Fruchtsäften, Lebensmitteln und der­ gleichen.
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