DE10015209A1

DE10015209A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Desinfektion von Wässern

Info

Publication number: DE10015209A1
Application number: DE2000115209
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Thiele; Dieter Fasler; Hans-Juergen Foerster
Original assignee: EILENBURGER ELEKTROLYSE & UMWELTTECHNIK GmbH
Current assignee: EILENBURGER ELEKTROLYSE & UMWELTTECHNIK GmbH
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-11

Abstract

Bei der elektrochemischen Desinfektion werden organische Bestandteile der Wässer einerseits an den Elektroden einer Elektrolysezelle abgebaut oder chemisch verändert, andererseits kommt es zur Bildung oxidierter Spezies aus den anorganischen und organischen Bestandteilen der Wässer, die durch Ihre Oxidationswirkung eine Wiederverkeimung der Wässer auf dem Weg zum Verbraucher weitgehend verhindern. Bei der elektrochemischen Desinfektion von Wässern, insbesondere von neutralen Trink- und Brauchwässern mit relativ geringer elektrischer Leitfähigkeit, sind jedoch die Stromdichten gering und die Zellspannungen relativ hoch. Zudem treten bei der Behandlung natürlicher Wässer, die Bikarbonate des Calziums und Magnesiums enthalten, Kalkbeläge auf den Kathodenoberflächen auf. Bisher vorgeschlagene Maßnahmen führen jedoch nur teilweise zu Behebung der Nachteile oder bewirken weitere Nachteile. DOLLAR A Das zu desinfizierende Wasser wird beim Durchlaufen einer bipolaren, geteilten Elektrolysezelle in zwei Teilströme aufgeteilt, die parallel die Anoden- und Kathodensegmente des durch die Elektrodenplatten, durch Abstandhalter und Separatormembranen gebildeten Elektrodenpaketes durchströmen, wobei die Elektroden im Abstand von 0,5 bis 5 mm zueinander positioniert sind, mit einer Stromdichte von 5 bis 100 mA/cm·2· elektrolysiert wird und die beiden kathodisch und anodisch behandelten Teilströme nach Durchlaufen des Elektrodenpaketes wieder zusammengeführt werden. Bevorzugt wurden als ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Desinfektion von Trink-, Brauch- und Abwasser durch elektrochemische Behandlung. Bei der elektrochemischen Desinfektion werden organische Bestandteile der Wässer einerseits an den Elektroden einer Elektrolysezelle abgebaut oder chemisch verändert, andererseits kommt es zur Bildung oxidierter Spezies aus den anorganischen und organischen Bestandteilen der Wässer, die durch Ihre Oxidationswirkung eine Wiederverkeimung der Wässer auf dem Weg zum Verbraucher weitgehend verhindern. In einer solchen Depotwirkung liegt auch ein wesentlicher Vorteil der elektrochemischen Desinfektion gegenüber anderen Verfah ren ohne Zugabe von Chemikalien, wie z. B. der UV-Bestrahlung.

Für die elektrochemische Desinfektion werden vorwiegend plattenförmige Elektroden eingesetzt, die als Pakete zusammengefaßt in das zu behandelnde Wasser eintauchen oder die in einem vom Wasser durchströmten Gehäuse untergebracht sind. Als Elektro denmaterialien finden hauptsächlich sogenannte Ventilmetalle wie Titan, Tantal, Niob oder Zirkonium Verwendung, die mindestens an den sonst passiven Anodenflächen mit geeigneten Aktivschichten versehen sind. Als Aktivschichten kommen Edelmetalle, z. B. Platin, Edelmetalloxide, z. B. des Iridiums oder Rutheniums, oder andere Metalloxide, z. B. Titandioxid oder Bleidioxid in Betracht. Auch Aktivschichten aus dotierten Dia manten sind bereits vorgeschlagen worden.

Elektrochemische Desinfektionsverfahren können allein oder in Kombination mit ande ren Verfahren eingesetzt werden. Vorgeschlagen wurde bereits eine Kombination der elektrochemischen Desinfektion mit der UV-Bestrahlung. Dabei werden die Vorteile der wirtschaftlich günstigeren UV-Desinfektion kombiniert mit den Vorteilen der elektroche mischen Desinfektion, die besonders in der Depotwirkung als Schutz gegen Wiederver keimung bestehen.

Bei der elektrochemischen Desinfektion von Wässern, insbesondere von neutralen Trink- und Brauchwässern mit relativ geringer elektrischer Leitfähigkeit, gibt es die fol genden Probleme:

Die Stromdichten sind gering und die Zellspannungen relativ hoch. Um dem entgegen zuwirken, müssen möglichst enge Abstände Anode-Kathode realisiert werden und auf eine Teilung der Zelle mittels Diaphragma oder Ionenaustauschermembranen wird in der Regel verzichtet. Trotzdem treten noch Zellspannungen von 5 bis 10 V auf, wenn Stromdichten im Bereich von 10 bis 40 mA/cm² angewandt werden. Die geringen Elek trodenabstände in Verbindung mit den dabei meist eingesetzten Abstandshaltem führen aber auch dazu, daß der Stofftransport zu und von den Elektrodenoberflächen intensi viert wird. Bei reversiblen Redoxreaktionen, z. B. bei der anodischen Bildung von oxi dierenden Spezies, kommt es deshalb in einem hohen Maße auch wieder zu deren Re duktion an der Kathode. Damit entfällt ein wesentlicher Vorteil der elektrochemischen Verfahren gegenüber der UV-Behandlung, nämlich der Erreichung einer Depotwirkung zur Vermeidung einer schnellen Wiederverkeimung.

Hinzu kommt ein weiteres Problem bei der Behandlung natürlicher Wässer, die Bikar bonate des Calziums und Magnesiums enthalten. Das ist die Ausscheidung von Kalkbelägen auf der Kathodenoberfläche, da die kathodische Grenzfläche alkalisch reagiert und dadurch das lösliche Bikarbonat in Karbonat umgewandelt wird. Eine Mög lichkeit zur Vermeidung solcher Kalkablagerungen ist die periodische Umpolung, so daß die mit Kalk beschichtete Kathode nach Umschaltung als Anode wirkt und es auf Grund der sauren Reaktion in der Anodengrenzschicht zur Wiederauflösung der Kalkablage rungen kommt.

Damit verbunden ist aber folgendes Problem: Bei den vorzugsweise verwendeten Ven tilmetallanoden müssen Anoden und Kathoden mit den genannten Aktivschichten aus gestattet sein. Beim häufigen Umpolen werden die Elektrodenoberflächen abwechselnd oxidierenden und reduzierenden Einflüssen ausgesetzt, wodurch es zu einer Beschädi gung bzw. Ablösung der Aktivschichten kommt. Auch bei Verwendung der diamantbe schichtete Elektroden aus Niob als Grundmetall ist es nur bei völliger Porenfreiheit der Diamantschicht möglich, eine bei häufiger Umpolung ausreichend langzeitbeständige Elektrode bereitzustellen. Auch bei den in der technischen Elektrochemie vielfach ein gesetzten mit Platin beschichteten Titananoden kommt es beim Umpolen leicht zu einer Zerstörung der aktiven Schicht, wenn diese nicht vollständig porenfrei ist. Bei kathodi scher Schaltung bildet sich Titanhydrid und die Platinbeschichtung wird dadurch aufge lockert und schließlich zerstört.

Verhindert werden könnte das häufige Umpolen dadurch, daß man mit einer geteilten Zelle arbeitet und als Katholyt eine saure, im Kreislauf geführte Lösung einsetzt, z. B. eine verdünnte Schwefelsäure. Das führt aber zu einer Veränderung der Zusammen setzung der nur durch die Anodenräume geleiteten Wässer und es fällt eine mit Salzen angereicherte Katholytlösung an, die entsorgt werden muß. Damit würden die Vorteile einer solchen Verfahrensweise weitgehend wieder zunichte gemacht.

Der in den Ansprüchen 1 und 9 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Desinfektion von Wässern auch schlechter Leitfähigkeit wirtschaftlich und unter Vermeidung der dargestellten Nachteile der bisherigen technischen Lösungen durch zuführen.

Gelöst wurde das Problem nach den Ansprüchen 1 und 9 dadurch, daß das zu behan delnde Wasser beim Durchlaufen einer bipolaren, geteilten Elektrolysezelle in zwei Teil ströme aufgeteilt wird, die parallel die Anoden- und Kathodensegmente des durch die Elektrodenplatten, durch Abstandshalter und Separatormembranen gebildeten Elektro denpaketes durchströmen, wobei die Elektroden im Abstand von 0,5 bis 5 mm zueinan der positioniert sind, mit einer Stromdichte von 5 bis 100 mA/cm² elektrolysiert wird und die beiden kathodisch und anodisch behandelten Teilströme nach Durchlaufen des Elektrodenpaketes wieder zusammengeführt werden. Dabei ist das Elektrodenpaket in ein Gehäuse aus Kunststoff mit Ein- und Austritten für das Wasser so eingespannt, daß es den freien Querschnitt möglichst vollständig ausfüllt.

Bevorzugt werden als Elektroden Edelmetallfolien mit anodenseitig und kathodenseitig gleicher Beschaffenheit der Oberflächen eingesetzt. Durch die bipolare Elektroden schaltung ist es möglich, auch sehr dünne Metallfolien einer Stärke von 10 bis 100 µm einzusetzen, da der Strom nur von der einen Seite der Dünnschichtelektrode zur ande ren Seite durch eine große Fläche über einen kleinen Abstand transportiert zu werden braucht. Dadurch können auch sehr hochwertige Metalle, wie z. B. Platin, als Elektro denmaterialien für Anode und Kathode wirtschaftlich vertretbar eingesetzt werden.

Außerdem gibt es keine Probleme bei der Umpolung, da es sich um massive und beid seitig identisch aufgebaute Oberflächen handelt und es somit nicht zur Ablösung von Aktivschichten kommen kann. Dabei kann die Umpolung in Abständen von einer Minute bis einer Stunde erfolgen. Bei Platin hat sich ein periodisches Umpolen im Abstand von 10 bis 30 min besonders bewährt.

Außer solchen Dünnschichtelektroden aus Edelmetallen können aber auch stärkere, mit Aktivschichten versehene Elektrodenplatten eingesetzt werden, z. B. mit Diamant be schichtete Elektroden aus Ventilmetallen, besonders Niob, oder aus keramischen Mate rialien, z. B. aus beschichteten Siliziumscheiben. Besonders bei letzteren ergeben sich auf Grund der bipolaren Schaltung keine Nachteile durch die gegenüber Niob wesent lich schlechtere elektrische Leitfähigkeit. Es besteht aber der Vorteil einer deutlich bes seren Langzeitbeständigkeit selbst bei häufigem Umpolen und auch bei dünnen und nicht garantiert porenfreien Schichten.

Als Separatormembranen können sowohl mikroporöse Diaphragmen, als auch Ionen austauschermembranen eingesetzt werden. Durch die Separatormembranen wird be wirkt, daß anodisch gebildete oxidierende Spezies nicht wieder an der Kathode redu ziert werden können. Bei den bevorzugt eingesetzten Ionenaustauschermembranen kommt als weiterer Vorteil noch hinzu, daß der Stromtransport hauptsächlich nur durch die Wanderung einer Ionenart (Kationen oder Anionen) erfolgt, wodurch es zu einer pH- Verschiebung zwischen dem anodischen und kathodischen Teilstrom kommt. Der Ka tholyt wird alkalischer und der Anodenraum saurer. Mit Ausnahme der gewünschten Oxidationsreaktionen kommt es dadurch, daß die beiden Teilströme nach Durchlaufen der zweigeteilten Elektrodenräume wieder vermischt werden und dabei eine Neutralisa tion erfolgt, zu keiner Veränderung der Grundzusammensetzung der Wässer.

Bei der elektrochemischen Wasserbehandlung werden die folgenden positiven Wirkun gen erreicht:

- Die elektrischen Leitfähigkeit der beiden Elektrolytlösungen wird verbessert. Damit kommt es bei vorgegebener Spannung zu einer Erhöhung der Stromdichte bzw. bei vorgegebener Stromdichte zu einer Verringerung der Zellspannung.
- Bei Verwendung der vorzugsweise einzusetzenden Anionenaustauschermembranen kommt es außerdem zu einer Anreicherung der zu oxidierenden Anionen im An odenraum. Die Stromausbeuten solcher Oxidationsreaktionen, wie z. B. der Bildung von Aktivchlor (als Summe von Hypochlorit und gelöstem freien Chlor) aus dem meist geringen Chloridgehalt der natürlichen Wässer, können dadurch zusätzlich weiter erhöht werden.
- Da auch Karbonat-Anionen vom Katholyten in den Anolyten überführt werden, ver ringert sich auch die Neigung zur Ausbildung von Karbonatabscheidungen an der Kathode.

Bei solchen Wässern, bei denen trotzdem die elektrische Leitfähigkeit zur Erzielung ei ner gewünschten Stromdichte zu gering ist, oder die natürlichen Inhaltsstoffe nicht aus reichend sind, um die gewünschte Endkonzentration an oxidierend wirkenden Spezies zu erreichen, kann dem zu behandelnden Wasser auch eine definierte, geringe Menge geeigneter Neutralsalze zugesetzt werden, z. B. von Chloriden oder Sulfaten. So kann z. B. durch Zusatz von 0,1 bis 0,5 g/l Natriumchlorid nicht nur die elektrische Leitfähig keit verbessert werden, sondern auch die Ausbeute und der Endgehalt an desinfizie rend wirkendem Aktivchlor deutlich erhöht werden.

Durch die gegenüber der Elektrolyse in ungeteilten Elektrolysezellen unter sonst ver gleichbaren Bedingungen erreichbaren höheren Konzentrationen an oxidierenden Spezies wird auch eine deutlich bessere Depotwirkung erreicht. Deshalb eignet sich das neue Verfahren auch hervorragend für eine Kombination mit der UV-Desinfektion. Es ist besonders günstig, einen kleineren Anteil des elektrochemisch desinfizierten Wassers einem größeren Anteil eines mittels UV-Bestahlung desinfizierten Wassers zuzumi schen und dadurch sämtliches desinfiziertes Wasser gegen Wiederverkeimung sicher zu schützen. Aber auch die Vermischung mit einem nicht behandelten Teilstrom des zu desinfizierenden Wassers ist infolge der Desinfektionswirkung des nach vorliegendem Verfahren behandelten Wassers möglich, was dadurch wirtschaftlich besonders günstig ist. Der Anteil des zuzumischenden und damit zu desinfzierenden Wassers ist dann besonders hoch, wenn der die Elektrolysezelle durchlaufende Teilstrom vorher mit Chloriden oder Sulfaten angereichert wird.

Zur bevorzugten Ausführung des neuen Verfahrens dient eine Elektrolysezelle, die ge mäß Anspruch 9 wie folgt aufgebaut ist: In einem Gehäuse aus Kunststoff mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 3 : 1 mit Ein- und Austritten für das zu behandelnde Wasser wird ein Elektrodenpaket angeordnet, bestehend aus den Elek trodenplatten und dazwischen je zwei Abstandshaltern von 0,5 bis 5 mm Stärke, wobei zwischen den Abstandshaltern je eine Separatormembran, z. B. eine Ionenaustau schermembran so eingelegt wird, daß sie mit den seitlichen Gehäusewänden möglichst bündig abschließen, wobei die äußeren Elektroden mit den Stromzuführungen kontak tiert sind. Dabei können je Elektrodenpaket eine beliebige Anzahl von bipolaren Einzel zellen angeordnet und gemeinsam vom Wasserstrom durchströmt werden, je nach der verfügbaren Spannung und der sich für die betreffende Wasserzusammensetzung und die vorgewählte Stromdichte ergebenden Zellspannung.

Da die bipolaren Einzelzellen innerhalb eines Elektrodenstapels mit den Abstandshal tern und Membranen nur 1 bis 10 mm stark sind, werden bevorzugt mindestens drei bi polare Einheiten in einem Gehäuse vereint. Die Gesamtstärke des Elektrodenstapels sollte mindestens 20 mm betragen, um an den Stirnflächen Zu- und Abführungsleitun gen mit ausreichend großem Strömungsquerschnitt unterbringen zu können. Als Ab standshalter können bevorzugt Gewebe aus geeigneten Kunststoffen oder aus Kunst stofffolien mechanisch gestreckten Materialien eingesetzt werden, die in Strömungs richtung einen ausreichend großen freien Querschnitt aufweisen. Da insbesondere an den Berührungsstellen mit der Anode ein Abtrag erfolgen kann, werden bevorzugt che misch resistente Materialien wie fluorierte Kunststoffe (z. B. PTFE, PVDF) oder elek trisch nichtleitende keramische Materialien eingesetzt.

Dabei kann die den Abstand zweier Elektrodenplatten maßgeblich bestimmende Stärke der Abstandshalter entsprechend der elektrischen Leitfähigkeit des eingesetzten Was sers weitgehend verändert und entsprechend angepaßt werden. Das heißt, bei schlechter Leitfähigkeit wird der geringstmögliche Abstand gewählt, der aber noch eine ausreichende Durchströmung der Elektrodenzwischenräume gewährleisten muß. Bei Wässern mit höherem Salzgehalt und damit besserer Leitfähigkeit kann die Stärke der Abstandshalter größer gewählt werden, wodurch auch die Verlustströme an den mit Wasser gefüllten Zu- und Abführungsbereichen vor und nach den Elektrodenpaketenn, an denen ein Kurzschlußstom fließt, reduziert werden können.

Da die Anoden- und Kathodenräume parallel durchströmt werden und die sich zwischen Ein- und Austritt einstellenden Druckdifferenzen für beide Teilströme identisch sind, bleibt bei Undichtigkeiten im Randbereich der Elektrodenpakete der Flüssigkeitsaus tausch zwischen Kathoden- und Anodenräumen gering und wirkt sich kaum nachteilig auf die Effektivität der Desinfektion und der Bildung oxidierender Spezies aus.

Sollte dieser Flüssigkeitsaustausch sich bei bestimmten Anwendungen, insbesondere bei der Behandlung besser leitfähiger Abwässer, doch ungünstig auswirken, können die Separatormembranen und gegebenenfalls die Dünnschichtelektroden durch seitlich eingelegte Dichtstreifen im Randbereich gegeneinander abgedichtet werden. Es hat sich aber überraschend gezeigt, daß dieser zusätzliche Aufwand sich nur in den wenig sten Fällen als erforderlich erweist.

Steht nur eine begrenzte Spannung zur Verfügung, beispielsweise durch den Einsatz einer handelsüblichen Photovoltaik-Anlage mit z. B. 24 V, dann können in einem Elek trodenpaket mehrere elektrisch parallel geschaltete bipolare Elektrodenstapel angeord net werden.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der neuen Elektrolysezelle zur Wasser desinfektion (a und b zeigen die Zelle im Längsschnitt, c im Querschnitt durch ein Elek trodenpaket). Das Gehäuse der Elektrolysezelle wird durch einen Grundrahmen 1 und beidseitig angebrachte Spannplatten 2 gebildet. Im Grundrahmen befinden sich der Eintritt 3 und der Austritt 4 für das Wasser. Das Elektrodenpaket wird gebildet durch die beidseitig wirkenden bipolaren Dünnschichtelektroden 5 bzw. die einseitig wirkenden Randelektroden 6. Letztere sind mit den Kontaktelementen 7 zur Stromzuführung elek trisch leitend verbunden. Zwischen je zwei Dünnschichtelektroden befinden sich die Separatormembranen 9, deren Abstände zu den Elektroden durch je zwei Abstands halter 8 fixiert werden. Dabei ragen die Abstandshalter und die Separatormembranen oben und unten über die Ober- bzw. Unterkante der Elektroden hinaus, um die Kurz schlußströme zu minimieren. Das Elektrodenpaket ist unter Spannung so in das Ge häuse eingepaßt, daß es sich durch den Staudruck des Wassers nicht verschieben läßt. Zur besseren Positionierung des Elektrodenpakets dient eine Verengung des Quer schnitts im Ein- und Austrittsbereich des Gehäuses.

Beispiel 2

Die technischen Daten einer gemäß Fig. 1 aufgebauten Elektrolysezelle waren wie folgt: Anzahl der bipolaren Einzelzellen: 8 (2 Randelektroden und 7 bipolare Elektro den). Die Elektroden bestanden aus Platin der Abmessungen 100 × 30 × 0,03 mm. Die Separatormembranen und die Abstandshalter waren um 20 mm länger als die Elektro den. Als Separatoren dienten ca. 0,1 mm starke Anionenaustauschermembranen. Die Abstandshalter bestanden aus ca. 0,5 mm starken PVDF-Gewebe (im zusammenge spannten Zustand). Die Zelle wurde mit ca. 10 l/h Brunnenwasser beschickt, welches sich etwa gleichmäßig zwischen Katholyt- und Anolytteilstrom aufteilte.

Die Zusammensetzung des Brunnenwassers war wie folgt:

Bikarbonat	340 mg/l
Chlorid	16 mg/l
Nitrat	30 mg/l
Sulfat	160 mg/l
Kalzium	113 mg/l
Magnesium	27 mg/l
Kalium	113 mg/l
Natrium	12 mg/l

Bei einer angelegten Gleichspannung von 60 V (7,5 V Zellspannung) stellte sich ein Strom von ca. 300 mA bei 25°C ein, einer Stromdichte von 10 mA/cm² entsprechend. Der Elektrolysestrom wurde aller 30 min umgepolt. Dadurch konnte eine Kalkablage rung auf den Kathoden sicher vermieden werden. Folgende Ergebnisse wurden er reicht:

Die Bestimmung coliformer Keime erfolgte mit dem Chromoplate-System von Merck Eu rolab, Bebrütungsdauer vor Auszählung der Kolonien 24 h bei 36°C. Die Nachweis grenze lag bei 3 Keimen/ml. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:

Ausgangswert coliformer Keime 4 . 10³ Keime/ml
Sofort nach Elektrolyse ca. 5 . 10¹ Keime/ml
Nach 24 Stunden ca. 5 Keime/ml
Nach 48 Stunden < 3 Keime/ml

Es zeigt sich also, daß eine Depotwirkung erreicht wird und die im Gemisch nach der Elektrolyse noch vorhandenen Keime innerhalb von 48 h bis unter die Nachweisgrenze reduziert werden. Im wesentlichen ist das zurückzuführen auf einen nach der Elektroly se bestimmten Gehalt von etwa 4 bis 6 mg/l Aktivchlor.

Beispiel 3

Die gleiche Elektrolysezelle nach den Beispielen 1 und 2 wurde mit 60 l/h eines Brun nenwassers beschickt, welchem 0,3 g/l NaCl zugesetzt wurden. Bei der gleichen Ge samtspannung von 60 V stellte sich ein Elektrolysestrom von 900 mA ein, einer Strom dichte von 30 mA/cm² entsprechend. Der Elektrolysestrom wurde aller 10 min umgepolt. Die Anzahl coliformer Keime und der Gehalt an Aktivchlor wurden bestimmt. Die Anzahl coliformer Keime ging vom Anfangswert (ca. 4 . 10³) auf einen Wert unterhalb der Nachweisgrenze zurück. Die Probenahme erfolgte nach 40 min. Es bildeten sich ca. 5 mg/l Aktivchlor. Die so erhaltene keimfreie wässrige Lösung eignet sich in hervorragen der Weise zur keimfreien Behandlung von Geräten und Behältnissen. Dieser Gehalt an Aktivchlor ist bekanntlich völlig ausreichend, um auch den Gehalt verschiedener peri stenter Keime (z. B. Polioviren) bei einer Einwirkungsdauer im Minutenbereich um 2 bis 3 Zehnerpotenzen zu reduzieren.

Beispiel 4

Die elektrochemisch behandelte, desinfizierte und mit oxidierenden Bestandteilen ange reicherte Lösung aus Beispiel 3 wurde mit der 5fachen Menge des Brunnenwassers vermischt. Nach einer Reaktionszeit von 1 h wurde wieder die Anzahl coliformer Keime bestimmt. Sie lag mit < 3 Keime/ml bereits unter der Nachweisgrenze. Das Beispiel zeigt, daß auch ein Mehrfaches des elektrochemisch behandelten Wassers noch ent keimt werden kann.

Beispiel 5

Eine analog den Beispielen 1 und 2 aufgebaute Elektrolysezelle enthielt anstelle der 9 Platinfolienelektroden 5 mittels dotiertem Diamant beschichtete, 1,5 mm starke Niob elektroden (zwei einseitig beschichtete Randelektroden mit Stromzuführungen und drei beidseitig beschichtete bipolaren Elektroden). Die Elektrodenabstände und die übrigen Bauelemente (Membranen, Abstandshalter) waren die gleichen wie im Beispiel 2. Die wirksame Elektrodenfläche (Anode oder Kathode) ergab sich zu 4 × 10 × 3 = 120 cm².

Aus einem 10 l Vorratsgefaß wurde Brunnenwasser, welches mit 0,1 mMol/l des Textil farbstoffes Acid Orange 7 angefärbt war, mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 200 I/h durch die Zelle im Kreislauf umgepumpt (Batch-Betrieb). Die Lösung enthielt außerdem zur Erhöhung der elekrischen Leitfähigkeit 500 mg/l Natriumsulfat. Es stellte sich bei ca. 40 V Spannung eine Stromstärke von etwa 500 mA ein. Nach einer Elektrolysedauer von 60 min war die Lösung völlig entfärbt und frei von coliformen Keimen.

Beispiel 6

In der gleichen Zelle und Versuchsanordnung wie im Beispiel 5 wurden 10 l eines mit Tensiden versetzten, gebrauchten Badewassers (Grauwasser) im Kreislauf umgepumpt und mit 900 mA (60 V) elektrolysiert. Bestimmt wurde der CSB-Gehalt in Abhängigkeit von der Elektrolysedauer. Er wurde innerhalb von 5 h von anfangs 825 auf 440 mg/l re duziert. Coliforme Keime waren nach der Elektrolyse nicht mehr nachweisbar.

Claims

1. Verfahren zur elektrochemischen Desinfektion von Wässern mittels einer durch Se paratormembranen geteilten, aus zwei elektrisch kontaktierten Randelektrodenplat ten und mindestens einer bipolaren Elektrodenplatte bestehenden Elektrolysezelle, gekennzeichnet dadurch, daß das zu behandelnde Wasser in zwei Teilströme auf geteilt wird, die parallel die Anoden- und Kathodensegmente der aus Elektroden platten, Abstandshaltern und Separatormembranen gebildeten Elektrodenpakete, die in einem Zellengehäuse aus Kunststoff mit Ein- und Austritten für das Wasser eingespannt sind, durchströmen, wobei die Elektroden im Abstand von 0,5 bis 5 mm zueinander positioniert sind, mit einer Stromdichte von 5 bis 100 mA/cm² elektroly siert wird und die beiden kathodisch und anodisch behandelten Teilströme nach Durchlaufen des Elektrodenpaketes wieder zusammengeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Elektroden aus Edelme tallfolien z. B. Platin einer Stärke von 0,01 bis 0,1 mm eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Elektrodenplatten aus Ventilmetallen, z. B. Niob, oder aus keramischen Materialien, z. B. Silizium, einge setzt werden, die bei den bipolaren Elektrodenplatten beidseitig, bei den Elektroden randplatten einseitig, mit dotiertem Diamant beschichtet sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Elektro lysestrom in Abständen von einer Minute bis einer Stunde umgepolt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Separa tormembranen Ionenaustauschermembranen eingesetzt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Separa tormembranen Anionenaustauschermembranen eingesetzt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß Abstands halter aus Geweben oder mechanisch gestreckten Folien aus Kunststoffen einer Stärke von 0,2 bis 2 mm und mit einer Maschenweite von 1 bis 5 mm eingesetzt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß dem zu be handelnden Wasser zur Verbesserung der Leitfähigkeit und/oder zur verstärkten Bil dung oxidierender Spezies Neutralsalze, z. B. Chloride oder Sulfate, zugesetzt wer den.

9. Elektrolysezelle zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, be stehend aus:

- einem aus Grundrahmen 1 und seitlichen Spannplatten 2 gebildetem Kunst stoffgehäuse,
- einem Ein- und Austritt 3, 4 für das zu behandelnde Wasser,
- einem Verhältnis von Länge zwischen den Ein- und Austritten zur Breite des durchströmten Querschnitts von mindestens 3 : 1,
- einem zwischen den Spannplatten im Abstand von 10 bis 50 mm von den Ein- und Austritten eingespannten und den gesamten freien Querschnitt ausfüllenden Elektrodenpaket, bestehend aus mindestens einer bipolaren Elektrodenplatte 5 und zwei Elektrodenrandplatten 6, den zwischen je zwei Elektrodenplatten an geordneten Separatormembranen 9 und den Abstandshaltern 8 zwischen den Elektrodenplatten und den Membranen, und
- den Kontakten 7 zur Stromzuführung zu den Elektrodenrandplatten.

10. Elektrolysezelle nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Separator membranen und Abstandshalter in Strömungsrichtung die Elektrodenplatten um 5 bis 30 mm überragen.

11. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 9 und 10, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Gehäuse mehrere elektrisch parallel geschaltete bipolare Elektrodenpakete angeordnet sind.

12. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 9 bis 11, gekennzeichnet durch seitliche Dichtungen zwischen den Elektrodenplatten und den Separatormembranen.