DE102005022382A1

DE102005022382A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung der Elektroden eines Elektrolysereaktors

Info

Publication number: DE102005022382A1
Application number: DE200510022382
Authority: DE
Inventors: Siegfried Egner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-05-14
Filing date: 2005-05-14
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Es wird ein Reaktor zur ..., bei dem während der Elektrolyse mit Hilfe von Ultraschallgeneratoren 11 und 13 die Elektroden 9 des Reaktors gereinigt werden können.

Description

Reaktoren zur Durchführung einer Elektrolyse, insbesondere zur Durchführung einer Elektrokoagulation und elektrolytischen Fällung mittels einer Opferanode mit einem Gehäuse, mit zwei Gruppen von Elektroden unterschiedlicher Polarität sind seit langem bekannt und bewährt.
Bei gering oder mäßig verschmutztem Abwasser ist häufig zu beobachten, dass eine große Flüssigkeitsmenge durch wenige aber sehr feine Schwebteilchen getrübt wird. In diesem Fall ist eine Koagulation der Partikel zur Vorbehandlung einer solchen schwer filtrierbaren wässrigen Suspension erforderlich, um anschließend mit mechanischen Trennverfahren wie Filtration oder Zentrifugation eine Abscheidung herbeiführen zu können.

Die Behandlung von Öl/Wasser-Emulsionen und Feststoff/Flüssig-Suspensionen mit der Elektrokoagulation ermöglicht die Abtrennung emulgierter und suspendierter Teilchen bei geringem Energiebedarf und ohne Zugabe von Additiven. Elektrokoagulation nutzt hierfür die Entladung der dispergierten Teilchen in einer elektrochemischen Zelle und die anschließende Koagulation dieser Teilchen. Das Verfahren wird u.a. bei der Abwasserreinigung von Autowaschanlagen und Küchenbetrieben, bei der Behandlung von Kohlesuspensionen, Farbabwässern, Kalk- und Gipssuspensionen sowie Bohr- und Schneidölemulsionen eingesetzt.

Die Elektrokoagulation oder elektro-physikalische Fällung ist auch ein bekanntes Verfahren der Elektrolyse, um Wasser zu zerlegen und um bei Verwendung von nicht-inerten Opfer-Anoden Fe- oder Al-Ionen in Lösung zu geben.

Wenn das mittels Elektrokoagulation in einem Reaktor behandelte Wasser bestimmte Inhaltsstoffe wie z.B. Karbonate enthält, so fallen diese in der Zone der elektrolytischen Reaktionen aus und lagern sich an den Oberflächen der Elektroden ab. Dies geschieht auch an den Opferanoden, so dass die Lösungsfähigkeit der Metall-Ionen behindert wird bzw. bis zum Erliegen abnimmt.

Um die Ablagerungen an den Oberflächen der Elektroden zu entfernen ist es bekannt, diese Anlagerungen mit Säuren von den Elektroden zu entfernen. Dazu wird der Elektrolyseprozess, bzw. die Elektrokoagulation, unterbrochen, der Reaktor wird entleert und mit Säure geflutet. Nach einer bestimmten Verweildauer wird die Säure wieder aus dem Reaktor entfernt, der Reaktor wird gespült und erneut mit der zu reinigenden Flüssigkeit gefüllt. Aufgrund der zunehmenden Verschmutzung der Säure, verliert diese im Laufe der Zeit ihre Wirksamkeit und muss aufwändig entsorgt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Betrieb eines Reaktors zur Durchführung einer Elektrolyse, insbesondere einer Elektrokoagulation, ohne die Verwendung von Chemikalien (Säuren) bei gleichzeitiger Verringerung der Betriebskosten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Reaktor zur Durchführung einer Elektrolyse, insbesondere einer Elektrokoagulation, mit einem Gehäuse, mit zwei Gruppen von Elektroden unterschiedlicher Polarität dadurch gelöst, dass mindestens ein Ultraschallgenerator zur Reinigung mindestens einer Gruppe von Elektroden vorgesehen ist.

Vorteile der Erfindung

Durch den mindestens einen Ultraschallgenerator ist es möglich, die Ablagerungen an den Elektroden auf einfache Weise und ohne den Einsatz von Chemikalien wirkungsvoll zu entfernen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Ultraschallgeneratoren naturgemäß nur dann einsetzbar sind, wenn der Reaktor mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, so dass die Anlagerungen auf den Elektroden nicht antrocknen, sondern weich bleiben und deshalb relativ leicht ablösbar sind.

Es versteht sich von selbst, dass in Abhängigkeit von der Größe des Reaktors, bzw. der Größe und Zahl der zu reinigenden Elektroden mehr als ein Ultraschallgenerator je Reaktor eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt sogar während der Elektrolyse kontinuierlich oder getaktet die Elektroden, insbesondere die Opferelektroden, unmittelbar nach dem entstehen von Anlagerungen von diesen zu Reinigen. Dadurch läuft die Elektrolyse mit einer gleichbleibend großen Leistung und gleichbleibend hohen Qualität ab.

Da auf den Einsatz von Chemikalien, wie bspw. Säuren vollständig verzichtet werden kann, ist der erfindungsgemäße Reaktor auch kostengünstig im Betrieb und ermöglicht, da keine Betriebsunterbrechungen zur Reinigung der Elektroden erforderlich sind, bei gleichen Abmessungen und sonst gleichen technischen Parametern eine höhere Ausbringungsrate.

Da Ultraschallgeneratoren relativ kostengünstig zur Verfügung stehen, ist die Ausrüstung von Elektrolysereaktoren relativ einfach und kostengünstig möglich. Dabei können auch bereits in Betrieb befindliche Reaktoren mit Ultraschallgeneratoren nachgerüstet werden.

Es ist erfindungsgemäß ohne Bedeutung, ob das Gehäuse des Reaktors geschlossen oder offen ist.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Reinigung von Elektroden in einem Reaktor zur Elektrolyse einer Flüssigkeit oder eines Gemisches von Flüssigkeiten, dass durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
Füllen des Reaktors mit einer Flüssigkeit und Reinigen mindestens einer Gruppe von Elektroden des Reaktors mit Ultraschall.

Durch die Ultraschallreinigung können die Elektroden sehr wirkungsvoll und ohne den Einsatz zusätzlicher Chemikalien gereinigt werden, so dass die Reinigung wirtschaftlicher sowie ohne Entsorgungskosten für die verbrauchten Chemikalien und ohne Gefährdung der mit der Reinigung beauftragten Personen durchgeführt werden kann.

Besonders vorteilhaft und wirtschaftlich ist es, wenn der Reaktor während der Reinigung mit der Flüssigkeit oder dem Gemisch von Flüssigkeiten gefüllt, dass in dem Reaktor elektrolysiert wird. Dadurch wird eine Reinigungsflüssigkeit entbehrlich und die Ultraschallreinigung kann während der Elektrolyse der zu elektrolysierenden Flüssigkeit durchgeführt werden. Dabei ist es unerheblich, ob die Ultraschallreinigung kontinuierlich oder in Intervallen erfolgt. Welcher der beiden Verfahrensvarianten im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den Umständen des Einzelfalls ab und kann durch einfaches Ausprobieren schnell und kostengünstig entschieden werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung in den Patenansprüchen beschriebenen Merkmalen können sowohl Einzeln als auch mit beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung
Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Reaktors und
2 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reaktors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Reaktor mit einem Gehäuse 1 in einer Schnittdarstellung dargestellt. Das Gehäuse 1 ist oben offen.
In einer Bodenplatte 3 des Gehäuses 1 ist ein Zulauf 5 für die zu elektrolyierende Flüssigkeit (nicht dargestellt) vorgesehen.
Am oberen Teil des Gehäuses 1 ist ein Ablauf 7 vorgesehen. Durch diese Anordnung von Zulauf 5 und Ablauf 7 ist gewährleistet, dass die in das Gehäuse 1 einströmende Flüssigkeit an den im Inneren des Gehäuses 1 angeordneten Elektroden 9 vorbei strömt.
Wie bei jeder Elektrolyse, sind die Elektroden 9 in zwei Gruppen von Elektroden, nämlich Anoden und Kathoden, unterteilt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Anoden und Kathoden in 1 nicht einzeln mit einem Bezugszeichen versehen.
Im Inneren des Gehäuses 1 ist ein erster Ultraschallgenerator L eingebaut, während etwa auf halber Höhe des Gehäuses 1 ein zweiter Ultraschallgenerator 13 von Außen an dem Gehäuse 1 befestigt ist. Das Gehäuse 1 weist an dieser Stelle eine Öffnung auf, so dass der zweite Ultraschallgenerator 13 Ultraschall in das Gehäuseinnere ausenden kann.
Die Zahl und Anordnung der Ultraschallgeneratoren 11 und 13 muss auf Größe und Zahl der Elektroden 9 abgestimmt werden.
Es hat sich als möglich und vorteilhaft erwiesen, wenn Ultraschallgeneratoren während der Elektrolyse aktiviert werden, so dass ohne Betriebsunterbrechung die Anlagerungen auf den Elektroden entfernt werden können. Dabei kann, je nachdem wie viel Anlagerungen sich bilden, die Reinigung der Elektroden kontinuierlich oder getaktet erfolgen. Wenn die Reinigung der Elektroden getaktet erfolgt, können die Taktfrequenz und die Dauer der Reinigungsvorgänge auch bspw. durch einen nichtdargestellten Sensor in Verbindung mit einem nichtdargestellten Steuergerät verschmutzungsabhängig geregelt bzw. gesteuert werden.
In 2 ist ein geschlossener Reaktor dargestellt, bei dem ebenfalls mehrere Ultraschallgeneratoren 11 und 13 angeordnet sind. Gleiche Bauteile weisen das gleiche Bezugszeichen auf und es gilt das bezüglich 1 Gesagte entsprechend.

Claims

Reaktor zur Durchführung einer Elektrolyse, insbesondere einer Elektrokoagulation, mit einem Gehäuse (1), mit zwei Gruppen von Elektroden (9) unterschiedlicher Polarität, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ultraschallgenerator (11, 13) zur Reinigung mindestens einer Gruppe von Elektroden (9) vorgesehen ist.
Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe von Elektroden (9) als Opferelektrode dient, und dass der mindestens eine Ultraschallgenerator (11, 13) zur Reinigung der Opferelektroden (9) dient.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor einen Zulauf (5) und einen Ablauf (7) aufweist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) des Reaktors geschlossen ist.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (19 des Reaktors offen ist.
Verfahren zur Reinigung von Elektroden (9) in einem Reaktor zur Elektrolyse einer Flüssigkeit oder eines Gemisches von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Füllen des Reaktors (1) mit einer Flüssigkeit und Reinigen mindestens einer Gruppe von Elektroden (9) mit Ultraschall.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) mit der Flüssigkeit oder dem Gemisch von Flüssigkeiten gefüllt ist, das in dem Reaktor (!) elektrolysiert wird
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallreinigung der mindestens einen Gruppe von Elektroden (9) während der Elektrolyse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallreinigung kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallreinigung in Intervallen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Dauer und Häufigkeit der Intervalle während derer eine Ultraschallreinigung erfolgt, fest vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Dauer und Häufigkeit der Intervalle während derer eine Ultraschallreinigung erfolgt, in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Sensors gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktor eine Elektrokoagulation durchgeführt wird.