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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln von Abwasser, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Elektrolysezelle aufweist, durch die das zu behandelnde Abwasser geleitet wird, wobei die wenigstens eine Elektrolysezelle eine Mehrzahl von Elektrodenpaketen mit Elektroden aufweist.
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Die elektrochemische Behandlung von Flüssigkeit, insbesondere von Abwasser ist aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. So wird beispielsweise in der
DE 299 16 126 U1 eine Anordnung zur anodischen Oxidation beschrieben, die insbesondere zur Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung von Schwimmbädern verwendet werden kann. Die Vorrichtungen verfügen über Elektrodenanordnungen in Form von Elektrolysezellen, durch die die Flüssigkeit hindurch geleitet wird. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise auch aus der
EP 0 659 691 A1 sowie der
DE 10 2014 002 450 A1 bekannt.
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Die
DE 10 2007 028 074 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zum Behandeln von radioaktiven Abwässern verwendet werden kann. Auch hier wird das entsprechende Abwasser durch eine Elektrolysezelle hindurchgeleitet. In der
DE 10 2009 005 011 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Desinfektion von Trink- und Brauchwasser mit hohen Härtegehalten offenbart. In allen diesen Verfahren und Vorrichtungen wird das zu reinigende Wasser oder Abwasser durch die Elektrolysezelle geleitet. Die Elektrolysezelle verfügt über Elektroden, an die eine elektrische Spannung angelegt wird, sodass ein elektrischer Strom durch die Flüssigkeit, die es zu reinigen gilt, hindurchfließt. Dabei können beispielsweise Desinfektionsmittel, wie beispielsweise Ozon, gebildet werden, das für die Desinfektion und Reinigung des Abwassers verwendet wird. Der Vorteil ist, dass das Ozon direkt im Abwasser erzeugt wird und nur eine geringe Lebensdauer innerhalb des Wassers aufweist. Das gereinigte Wasser ist somit wieder ozonfrei und kann bedenkenlos verwendet werden.
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Alternativ kann eine entsprechende Vorrichtung und insbesondere eine entsprechende Elektrolysezelle auch verwendet werden, um ansonsten schwierig oder gar nicht herzustellende oder gefährliche Substanzen in genau der gewünschten Konzentration herzustellen. So ist beispielsweise aus der
DE 199 48 184 A1 ein Verfahren zur elektrochemischen Herstellung von Peroxodischwefelsäure bekannt, bei dem ebenfalls entsprechende Elektroden, die eine dotierte Diamantschicht aufweisen, verwendet werden. Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2015 004 101 ist es hingegen bekannt, verdünnte Flusssäure herzustellen, indem eine Elektrolysezelle mit zwei Diamantelektroden verwendet wird.
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Die Herstellung von Ozon und anderen Desinfektionsmitteln durch eine elektrochemische Behandlung von Flüssigkeiten, beispielsweise Abwasser oder Wasser kann selbstverständlich auch verwendet werden, um andere Dinge zu reinigen. Statt des Abwassers wird in diesem Fall beispielsweise destilliertes Wasser oder deionisiertes Wasser verwendet, das durch die Elektrolysezelle vorzugsweise mit Diamantelektroden, hindurchgeleitet wird. Dabei entsteht beispielsweise Ozon innerhalb des reinen Wassers, das auf diese Weise zur Reinigung und oxidativen Behandlung von Oberflächen verwendet werden kann. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 102 19 688 A1 sowie der
DE 101 11 727 B4 bekannt.
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Auch die Reinigung eines Gasstromes ist auf diese Weise möglich, indem der Gasstrom beispielsweise durch einen mit einem wässrigen Elektrolyten gefüllten Reaktionsbehälter geleitet wird, wobei in den Elektrolyten kontinuierlich Hydroxylradikale eingeleitet werden, die mittels einer Diamantelektrodenanordnung hergestellt werden. Dies ist beispielsweise aus der
DE 103 16 759 B4 bekannt. Die elektrochemische Behandlung von Flüssigkeiten ist der
DE 10 2014 203 372 A1 sowie der
EP 2 072 472 A1 zu entnehmen, während die
DE 10 2014 203 376 sich explizit mit dem Herstellen von ozonisiertem Wasser beschäftigt. In allen Vorrichtungen werden Elektrolysezellen mit Diamantelektroden verwendet. Aus der
DE 10 2008 047 148 A1 ist die Reinigung und Desinfektion eines Behälters bekannt, bei dem entsprechend ozonisiertes Wassers verwendet wird.
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Die Diamantelektrode an sich kann auf unterschiedlichste Weisen hergestellt werden. So ist beispielsweise aus der
DE 198 42 396 A1 und der
DE 10 2009 048 108 B3 jeweils ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Diamantelektrode bekannt. Insbesondere in der letztgenannten Druckschrift wird ein Grundkörper, auf den die Diamantschicht aufgebracht wird, vorbehandelt und mit einer rauen Oberfläche, die zerklüftet ist, versehen, um die Diamantoberfläche zu vergrößern. Ein derartiges Aufrauen der zu beschichtenden Oberfläche ist auch aus der
EP 2 072 641 A1 bekannt, wobei die Oberfläche anschließend noch mit einem Ätzmittel behandelt wird.
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Die
DE 10 2014 203 374 A1 beschreibt eine Elektrodenanordnung und eine entsprechende Elektrode, die eine auf den Anwendungsbereich abgestimmte spezielle Form aufweist.
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Elektrolysezellen mit Elektroden, insbesondere mit Diamantelektroden, sind folglich in einem weiten Einsatzgebiet verwendbar. Herkömmlicherweise verfügt eine Elektrolysezelle über zwei Elektroden, von denen eine als Anode und die andere Kathode verwendet wird. Zwischen den beiden befindet sich beispielsweise eine Membran, die als Ionentauschermembran ausgebildet sein kann, wie dies in der
DE 10 2014 203 374 A1 und der
DE 10 2014 203 376 A1 beschrieben ist. Auch die Verwendung eines Feststoffelektrolyten zwischen den beiden Elektroden ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die elektrochemisch zu behandelnde Flüssigkeit wird bei dieser Art der Elektrolysezelle zwischen einer der beiden Elektroden und der entsprechenden Membran hindurchgeleitet. Nachteilig ist jedoch, dass aufgrund der benötigten hohen Feldstärken des elektrischen Feldes, das durch die elektrische Spannung, die zwischen den Elektroden angelegt wird, hervorgerufen wird, der Abstand zwischen den beiden Elektroden sehr klein gewählt werden muss, um die benötigten Feldstärken zu erreichen. Gleichzeitig ist es notwendig, dass die zu behandelnde Flüssigkeit in eine möglichst turbulente Strömung versetzt wird, um eine gute Durchmischung der durch die Elektrolyse hergestellten Substanzen in der Flüssigkeit zu erreichen. Dadurch wird zudem ein Wirkungsgrad der Elektrode deutlich verbessert, da Sättigungseffekte, die in unmittelbarer Nähe der Elektrode auftreten können, wenn die Elektrolyseprodukte nicht von der Elektrode entfernt werden können, vermieden werden. Dieses Entfernen der Elektrolyseprodukte wird vorteilhafterweise durch die turbulente Strömung erreicht, die für eine gute Durchmischung der Produkte in der zu behandelnden Flüssigkeit sorgt und dadurch die Massentransportlimitierung überwindet.
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Insbesondere bei der elektrochemischen Behandlung von Abwässern ist diese Durchmischung von großem Vorteil. In der Elektrolysezelle werden aus dem im Abwasser enthaltenen Wasser Hydroxylradikale gebildet, die die im Abwasser enthaltenen Spurenstoffe, die es zu entfernen gilt, abbauen. Die Hydroxylradikale entstehen dabei vorzugsweise direkt aus einer anodischen Wasserelektrolyse an der entsprechenden Elektrode. Zusätzliche Chemikalien müssen nicht eingesetzt werden.
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Die so entstehenden Hydroxylradikale weisen aufgrund ihres hohen Oxidationspotentials eine sehr geringe Halbwertzeit innerhalb des Abwassers auf, da sie nahezu unmittelbar nach ihrem Entstehen einen Oxidationspartner finden. Die Hydroxylradikale sind folglich nur in nächster Nähe der tatsächlichen Elektrodenoberfläche vorhanden, weswegen die abzubauenden Spurenstoffe und Verunreinigungen im Abwasser in diesem Diffusionsbereich transportiert werden müssen. Auch dies wird durch die gute Durchmischung des Abwassers durch die turbulente Strömung, die in der Elektrolysezelle hervorgerufen wird, erreicht.
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Nachteilig ist jedoch, dass aufgrund des hohen Oxidationspotentials der Hydroxylradikale auch andere Substanzen, wie beispielsweise in einem Abwasser enthaltende Halogenide, oxidiert werden können. Dabei entstehen Elektrolysenebenprodukte, die unerwünscht sind und vorzugsweise wieder entfernt werden müssen, bevor das gereinigte Abwasser weiter verwendet werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln von Abwasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass eine gute Durchmischung der Substanzen im Abwasser erreicht wird und gleichzeitig die unerwünschten Elektrolysenebenprodukte möglichst vollständig aus dem gereinigten Abwasser entfernt werden.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln von Abwasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die sich dadurch auszeichnet, dass die Elektroden in der Mehrzahl von Elektrodenpaketen derart angeordnet sind, dass das zu behandelnde Abwasser durch die Löcher in den Elektroden geleitet wird, und dass wenigstens eines der Elektrodenpakete drei Elektroden aufweist, die derart angeordnet sind, dass das zu behandelnde Abwasser durch alle Elektroden hindurchgeleitet wird.
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Anders als bei den Elektrolysezellen aus dem Stand der Technik wird das zu behandelnde Abwasser folglich nicht zwischen der Elektrode und einer die entsprechende Elektrodenkammer begrenzenden Membran oder Wand hindurch geleitet, sondern strömt durch sämtliche Elektroden der Elektrodenpakete. Dazu weisen die Elektroden Löcher auf, die beispielsweise in Form eines Lochmusters in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung vorhanden sein können. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das zu behandelnde Abwasser an wenigstens einer Anode entlanggeführt wird. Hier entstehen die bereits beschriebenen Hydroxylradikale mit ihrem hohen Oxidationspotential, wobei durch die gute Durchmischung erreicht wird, dass möglichst viel der aus dem Abwasser zu entfernenden Stoffe und Spurenstoffe durch die so entstandenen Hydroxylradikale oxidiert und somit entfernt wird. Treten jedoch gleichzeitig die unerwünschten Elektrolysenebenprodukte auf, die ebenfalls durch eine Oxidation durch die Hydroxylradikale entstehen und somit nicht zu verhindern sind, werden diese Oxidationsnebenprodukte an einer folgenden Kathode, an der das bereits anodisch behandelte Abwasser vorbeigeführt wird, wieder entfernt bzw. vernichtet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die unerwünschten Nebenprodukte allenfalls in einer sehr geringen Konzentration, vorzugsweise jedoch nicht mehr, im behandelten Abwasser enthalten sind. Durch die Verwendung von drei Elektroden können die zwischen den Elektroden vorhandenen elektrischen Potentiale und Felder innerhalb des jeweiligen Elektrodenpaketes in optimaler Weise eingestellt werden, um einerseits eine möglichst vollständige Oxidation der zu entfernenden Spurenstoffe und Stoffe durch die Hydroxylradikale zu erlauben und andererseits dafür zu sorgen, dass die dabei zwangsläufig entstehenden Oxidationsnebenprodukte möglichst stark reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung verfügen alle Elektrodenpakete über drei Elektroden, durch die das zu behandelnde Abwasser geleitet wird. Auf diese Weise kann der Reinigungseffekt der Vorrichtung auf das elektrochemisch zu behandelnde Abwasser maximiert und optimiert werden. Vorteilhafterweise sind die Elektrodenpakete relativ zueinander fest angeordnet, wobei zwischen benachbarten Elektrodenpaketen der gleiche Abstand oder ein unterschiedlicher Abstand vorherrschen kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Elektrodenpaketen einstellbar. In einer besonders bevorzugten bei konstruktiv einfachen Ausgestaltungen der Elektrolysezelle werden die einzelnen Elektrodenpakete durch Führungselemente, beispielsweise Stangen oder Schienen, relativ zueinander fixiert. Dabei ist es besonders einfach möglich, die Anzahl der verwendeten Elektrodenpakete zu variieren und beispielsweise zusätzliche Pakete in die Führungselemente einzusetzen. Auf diese Weise kann die Elektrolysezelle und die Stärke der Reinigungs- und Behandlungswirkung auf die jeweils benötigte Situation angepasst werden, ohne dass komplizierte Um- oder Ausbauten nötig sind. Die einzelnen Elektrodenpakete können durch eine Klemmvorrichtung, beispielsweise eine Schraubverbindung, wie sie bereits in der
DE 10 2014 002 450 A1 beschrieben ist, aneinander befestigt werden. Man beachte jedoch, dass im Unterschied zu der in dieser Druckschrift genannten Ausgestaltung die zu behandelnde Flüssigkeit durch alle Elektroden hindurchgeführt wird.
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Vorzugsweise weisen die Elektroden eine Mehrzahl von Löchern auf und ein Abstand von einem Loch zum jeweils übernächsten Loch wenigstens so groß ist wie der Durchmesser der Löcher. Die Löcher sind vorzugsweise regelmäßig in Form eines Musters, Rasters oder Gitters angeordnet. Bei einem Quadratmuster oder Quadratgitter beispielsweise hat jedes Loch vier direkte Nachbarn, die den geringsten Abstand zu dem jeweiligen Loch aufweisen. Zudem verfügt jedes Loch über vier übernächste Nachbarn. Bei einem Quadratmuster, in dem die Löcher auf den Ecken von aneinander angrenzenden Quadraten angeordnet sind, liegen unmittelbar benachbarte Löcher entlang einer Kante eines Quadrates nebeneinander, während die jeweils übernächsten Nachbarn entlang einer Diagonale eines Quadrates nebeneinander. Die Löcher können kreisförmig, oval, polygonal oder unregelmäßig geformt sein. Jede Elektrode verfügt vorzugsweise über eine Mehrzahl von Löchern, die beispielsweise in einem regelmäßigen Muster, beispielsweise in einem Rechteck-, Hexagonal- oder Dreiecksmuster angeordnet sind. Selbstverständlich ist auch jede andere Anordnung der Löcher denkbar. Zudem müssen nicht alle Löcher einer Elektrode die gleiche Form aufweisen. Vorzugsweise ist dies jedoch der Fall.
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Vorzugsweise sind die Löcher so angeordnet und dimensioniert, dass die Löcher einer Elektrode von Zwischenräumen einer benachbarten Elektrode vollständig überdeckt würden, wenn die beiden Elektroden direkt aneinander anliegen würden. In diesem Fall wäre es folglich nicht möglich, eine Flüssigkeit durch die beiden Elektroden hindurchfließen zu lassen. Dies wird erste dadurch möglich, dass die beiden Elektroden nicht direkt aneinander angeordnet sind, sondern einen Abstand zueinander aufweisen.
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Bei Löchern, die nicht kreisförmig ausgebildet sind, ist mit dem Durchmesser der Löcher die Weite des Loches in der Richtung zum nächsten Nachbarn gemeint. Der Abstand zwischen zwei Löchern und der Durchmesser der Löcher werden folglich in der gleichen Richtung bestimmt. Für bestimmte Anwendungen ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen zwei Löchern größer ist als der Durchmesser des jeweiligen Loches. Dies hängt von der Geometrie, der Strömungsgeschwindigkeit des hindurchströmenden Abwassers und der gewünschten Verweildauer des Abwassers innerhalb der Elektrolysezelle und innerhalb eines jeden der Elektrodenpakete ab.
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Vorzugsweise ist zudem der Durchmesser eines Loches größer als die Dicke der Elektrode.
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Vorteilhafterweise sind die Elektroden wenigstens eines der Elektrodenpakete, bevorzugt jedoch aller Elektrodenpakete, versetzt zueinander angeordnet, sodass die Löcher der Elektroden nicht in Überdeckung angeordnet sind. Dies bedeutet, dass das Abwasser, das durch die Löcher einer Elektrode hindurchströmt, zu Kurven gezwungen wird, um auch die Löcher der nächsten Elektrode zu durchdringen. Auf diese Weise wird die Turbulenz innerhalb der Elektrodenpakete erhöht und somit auch die Durchmischung verbessert. Zudem kommt es zu Regionen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit gegenüber einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers verringert ist. Gelingt es durch geschickte Wahl von Anzahl, Durchmesser, Form und Muster der Anordnung, diese Zonen relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit möglichst nah an die Elektrodenoberfläche zu legen, kann der Effekt der Elektrolyse in diesem Bereich maximiert werden.
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Vorzugsweise verfügen zumindest einige Ränder der Löcher, bevorzugt jedoch alle Ränder der Löcher, über Fasen. Auch auf diese Weise kann das Strömungsverhalten des durch die Elektrolysezelle hindurchströmenden Abwassers beeinflusst und gegebenenfalls optimiert werden. Der Fasenwinkel und die Fasengröße ist dabei wählbar und kann so auf die benötigten Eigenschaften bei der Behandlung des Abwassers angepasst werden.
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Vorteilhafterweise verfügt ein Teil der Elektrodenpakete über zwei Anoden und eine Kathode, während ein zweiter Teil der Elektrodenpakete eine Anode und zwei Kathoden aufweist. Dabei hat es sich als Vorteilhaft herausgestellt, wenn zwei benachbarte Elektrodenpakete zu unterschiedlichen Teilen gehören. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einem Elektrodenpaket zwei Anoden und eine Kathode vorhanden sind, wobei in diesem Fall die Kathode zwischen den beiden Anoden angeordnet ist. Das in Strömungsrichtung folgende Elektrodenpaket verfügt hingegen über zwei Kathoden und eine Anode, wobei in diesem Fall die Anode zwischen den beiden Kathoden angeordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Abwasser auf seinem Weg durch die Elektrolysezelle immer abwechselnd an einer Anode und einer Kathode vorbeigeführt wird. Alternativ dazu ist es auch möglich, jedes Elektrodenpaket gleich auszugestalten und beispielsweise zwei Kathoden und eine Anode vorzusehen, wobei wieder die Anode zwischen den Kathoden angeordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die durch die Kathode zu entfernenden Oxidationsnebenprodukte sicher entfernt werden. Selbstverständlich kann es für Anwendungen auch von Vorteil sein, alle oder zumindest viele der Elektrodenpakete mit zwei Anoden und einer Kathode auszubilden, wobei die Kathode zwischen den Anoden angeordnet ist.
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Alternativ dazu kann auch jedes der verwendeten Elektrodenpakete eine Anode zwischen zwei Kathoden aufweisen. Auf diese Weise können die Elektrolysenebenprodukte, die an der Anode entstehen, minimiert werden.
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Es hat sich als Vorteilhaft herausgestellt, wenn in Flussrichtung des zu behandelnden Abwassers vor den Elektrodenpaketen wenigstens eine Lochplatte angeordnet ist, durch die das zu behandelnde Abwasser hindurchgeleitet wird. Diese Lochplatte kann, muss jedoch nicht eine Elektrode sein. Sie dient als „Wellenbrecher“ und sorgt in erster Linie dafür, dass das gegebenenfalls in laminarer Strömung in die Elektrolysezelle eingeleitete Abwasser in eine turbulente Strömung versetzt wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad der ersten Elektrode, die von dem hindurchströmenden Abwasser durchflossen wird, erhöht.
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Der Abstand zwischen einzelnen Elektroden innerhalb eines Elektrodenpaketes beträgt vorteilhafterweise weniger als 1 mm, besonders vorteilhafterweise 0,5 mm, während der Abstand zwischen zwei benachbarten Elektrodenpaketen vorteilhafterweise mehr als 1 mm, beispielsweise 2 mm oder 5 mm beträgt. Der Abstand der vor dem ersten Elektrodenpaket angeordneten Lochplatte zum ersten Elektrodenpaket beträgt ebenfalls vorteilhafterweise 2 mm oder 5 mm.
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Die Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln von Abwasser verfügt selbstverständlich über die Möglichkeit, die einzelnen Elektroden mit einer elektrischen Stromdichte zu beaufschlagen und auf diese Weise ein elektrisches Feld zwischen den einzelnen Elektroden zu erzeugen. Dafür verfügt die Vorrichtung vorteilhafterweise über eine elektrische Steuerung, durch die beispielsweise durch eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung die jeweils einzustellenden Stromdichten oder elektrischen Potentiale genau eingestellt und gesteuert werden können. Als Steuer- oder Regelparameter kann beispielsweise der im Ausgang der Elektrolysezelle gemessene Restinhalt der eigentlich zu entfernenden Verschmutzungen innerhalb des Abwassers dienen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die elektrische Steuerung eingerichtet ist, die Anoden und/oder die Kathoden unterschiedlicher Elektrodenpakete, vorzugsweise jedoch auch eines einzelnen Elektrodenpaketes, mit unterschiedlich elektrischen Stromdichten zu beaufschlagen. Es ist also möglich, die Anoden, die in unterschiedlichen Elektrodenpaketen enthalten sind, auf unterschiedliche elektrische Potentiale zu legen, die sich beispielsweise von Elektrodenpaket zu Elektrodenpaket unterscheiden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch herausgestellt, wenn bereits unterschiedliche Anoden eines einzelnen Elektrodenpaketes auf unterschiedliche elektrische Potentiale gesetzt werden können. Dies bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Anoden mit unterschiedlichen Stromdichten beaufschlagt werden. Dies gilt analog natürlich ebenfalls für die in der Elektrolysezelle vorhandenen Kathoden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung verfügen die Elektroden über unterschiedliche Lochmuster. Vorteilhafterweise nimmt beispielsweise die Größe der Löcher in Flussrichtung des zu behandelnden Abwassers zu. Auch hier kann jedoch durch geschickte Wahl der Größe, der geometrischen Kontur oder der Anordnung der Löcher oder durch deren Anzahl das gewünschte Strömungsverhalten erreicht oder zumindest das Strömungsverhalten des eingeströmten Abwassers beeinflusst werden.
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Vorzugsweise verfügen zumindest einige der Elektroden, vorteilhafterweise jedoch alle Elektroden einen diamantbeschichteten Grundkörper aus einem passivierendem Metall aufweisen. Die Diamantbeschichtung auf dem Grundkörper kann dotiert, beispielsweise bordotiert sein. Die Verwendung entsprechender Diamantelektroden ist aus dem Stand der Technik seit langem bekannt.
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Durch eine Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist es möglich geworden, einen deutlich größeren Anteil der in einem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen zu entfernen, ohne dafür einen apparativ deutlich größeren Aufwand treiben zu müssen, da insbesondere vorzugsweise das zu behandelnde Abwasser sowohl durch Anoden als auch durch Kathoden hindurchgeleitet wird. Der limitierende elektrische Strom, der für die Oxidation der zu entfernenden Verunreinigungen zur Verfügung steht, kann auf diese Weise deutlich gesteigert werden. Der gegebenenfalls über diesen limitierenden elektrischen Strom vorhandene elektrische Strom, der zwischen den jeweiligen Elektroden der Elektrolysezelle fließt, wird zwar weiterhin dazu verwendet, Oxidationsnebenprodukte herzustellen, was aufgrund der hohen Oxidationspotentiale der Hydroxylradikale nicht zu verhindern ist, diese werden jedoch an den in der Elektrolysezelle vorhandenen Kathoden wieder unschädlich gemacht.
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Mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt
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1 – die schematische dreidimensionale Ansicht einer teilweise montierten Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 – eine Seitenansicht einer derartigen Vorrichtung,
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3 – die Draufsicht auf eine derartige Vorrichtung und
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4 bis 8 – unterschiedliche Geometrien von Elektroden für eine derartige Vorrichtung.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Sie verfügt im gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Bodenflansch 2 und einen Deckelflansch 4, die die Vorrichtung nach zwei Seiten begrenzen und eine Durchflussöffnung 6 aufweisen, durch die beispielsweise Abwasser durch die Vorrichtung 1 geleitet werden kann. Zwischen dem Bodenflansch 2 und dem Deckelflansch 4 befinden sich mehrere Elektrodenpakete 8, die über jeweils drei Elektroden 10 verfügen.
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Zwischen den einzelnen Elektrodenpaketen 8 sind Dichtungen 12 angeordnet, die jeweils zwei benachbarte Elektrodenpakete 8 voneinander beabstanden und einen Durchfluss des Abwassers in eine andere Richtung als von Bodenflansch 2 zum Deckelflansch 4 oder umgekehrt verhindern.
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Die Elektroden 10 verfügen über eine Kontaktierungsstelle 14, über die die jeweilige Elektrode mit einer elektrischen Spannungs- oder Stromquelle verbunden werden kann. In jedem Elektrodenpaket 8 verfügen die oberste und die unterste Elektrode 10 über das gleiche Vorzeichen der Spannung bzw. des elektrischen Potentials, während die mittlere Elektrode 10 das umgekehrte Vorzeichen hat. Es handelt sich folglich um zwei Kathoden, die eine Anode umgeben oder umgekehrt.
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Zwischen den einzelnen Elektroden sind Dichtungsringe 16 angeordnet, die innerhalb eines Elektrodenpaketes 8 die verschiedenen Elektroden 10 voneinander beabstanden und einen Ausfluss von Abwasser an dieser Stelle vermeiden.
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Man erkennt, dass die Elektrode 10 über eine Vielzahl von Löchern 18 verfügt, durch die das Abwasser hindurchströmen kann.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 wird über Gewindestangen 20 fixiert und zusammengehalten. An die Enden der Gewindestangen 20 können Muttern 22 und Unterlegscheiben 24 angeordnet werden, die dafür sorgen, dass die Vorrichtung 1 im montierten Zustand verbleibt.
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2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung 1. Man erkennt die jeweils drei Elektroden 10 eines jeden Elektrodenpaketes 8. Die Elektrodenpakete 8 sind voneinander beabstandet und werden vom Bodenflansch 2 und vom Deckelflansch 4, die über die Gewindestangen 20 und die Muttern 22 in Position gehalten werden, zusammengedrückt. Auf diese Weise entsteht eine feste Verbindung, die ein Ausströmen von Abwasser in eine anderen als der gewünschten Richtung sicher vermeidet.
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Man erkennt, dass die Kontaktierungsstellen 14 der obersten und untersten Elektrode 10 eines jeden Elektrodenpaketes 8 zur gleichen Seite führen, während die Kontaktierungsstelle 14 der mittleren Elektrode 10 zur gegenüberliegenden Seite aus der Vorrichtung 1 hervorragt. Dadurch wird eine besonders einfache Kontaktierung ermöglicht. Die Kontaktierungsstellen 14 benachbarter Elektrodenpakete 8 sind zudem um 90° versetzt angeordnet.
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Dies ist insbesondere in 3 deutlich zu erkennen, die eine Draufsicht auf die Vorrichtung 1 zeigt. Der Deckelflansch 4 verfügt über die Durchflussöffnung 6, durch die die Löcher 18 der Elektrode 10 zu sehen sind. Die Kontaktierungsstellen 14 ragen an vier Seiten über den Umfang des Deckelflansches 4 hinaus. Dabei sind jeweils gegenüberliegende Kontaktierungsstellen 14 dem gleichen Elektrodenpaket 8 zuzuordnen.
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4 zeigt zwei Ausgestaltungen einer entsprechenden Elektrode 10. Sie verfügen über die Kontaktierungsstelle 14 sowie zwei Befestigungsbohrungen 26, durch die die Elektroden 10 befestigt werden können. In einem Hauptbereich 28 befinden sich jeweils vier Löcher 18, die in Form eines Viereckes angeordnet sind. Die beiden in 4 gezeigten Elektroden 10 können beispielsweise als Anode und Kathode eines Elektrodenpaketes 8 verwendet werden. Legt man die beiden Elektroden 10 gedanklich übereinander, werden die Löcher 18 der einen Elektrode 10 vollständig vom Hauptbereich 28 der jeweils anderen Elektrode 10 abgedeckt. Ein direkter Durchfluss entlang einer geraden Linie senkrecht zur Zeichenebene der 4 ist somit nicht möglich. Da jedoch, wie in 1 dargestellt, zwischen zwei Elektroden 10 jeweils ein Dichtungsring 16 angeordnet ist, liegen die beiden Elektroden 10 in einem Elektrodenpaket 8 nicht direkt aufeinander auf, so dass das Abwasser einen Weg durch die Elektroden 10 findet.
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Die Löcher 18 im oberen Teil der 4 bilden ein auf einer Kante stehendes Viereck, während die in der unteren Darstellung von 4 gezeigten Löcher 18 ein auf der Spitze stehendes Viereck bilden. Die nächsten Nachbarn eines Loches 18 sind dabei jeweils die entlang einer Kante des Vierecks verschobenen Löcher 18, während die entlang der Diagonale des Vierecks benachbarten Löcher 18 die im Sinne der vorliegenden Anmeldung übernächsten Nachbarn bilden. Man erkennt, dass in beiden Ausführungsformen ein Abstand zwischen zwei Löchern 18, die zueinander übernächste Nachbarn sind, größer ist als der Durchmesser eines jeden der Löcher 18. Durch diese Ausgestaltung und die besondere Anordnung der Löcher wird erreicht, dass das Abwasser in eine besonders turbulente Strömung gebracht wird, wenn es die Elektroden 10 passiert.
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5 zeigt zwei weitere Ausführungsformen einer Elektrode 10. Beide verfügen über eine Mehrzahl von Löcher 18, die entlang jeweils eines Kreise angeordnet sind. Die beiden Kreise bei den in 5 gezeigten Elektroden 10 verfügen jedoch über deutlich verschiedene Durchmesser, so dass auch hier die Löcher 18 einer Elektrode 10 durch den Hauptbereich 28 der jeweils anderen Elektrode 10 abgedeckt würden, würde man die beiden Elektroden 10 direkt übereinanderlegen. Werden diese Elektroden 10 als Anode und Kathode in einem Elektrodenpaket 8 verwendet, so dass ein Abstand zwischen den Elektroden 10 eingehalten wird, kommt es folglich auch hier zu einer turbulenten Strömung des Abwassers, das durch diese beiden Elektroden 10 geleitet wird. Durch eine geschickte Wahl der Größe der Löcher lässt sich sowohl bei den in 4 gezeigten Elektroden 10 als auch bei den in 5 gezeigten Elektroden 10 erreichen, dass die gesamte Durchtrittsfläche, also der Flächeninhalt aller Löcher 18 identisch ist.
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Gleiches gilt für die in 6 gezeigten Elektroden 10. Die obere Elektrode 10 verfügt über vier Langlöcher 30, die entlang des Umfangs eines Kreises angeordnet sind. Im Gegensatz dazu verfügt die untere in 6 gezeigte Elektrode nur über ein einziges zentrales Loch 18, das jedoch vollständig überdeckt würde, würde man die beiden in 6 gezeigten Elektroden übereinanderlegen. Gleiches gilt für die Langlöcher 30, die vom Hauptbereich 28 der jeweils anderen Elektrode ebenfalls vollständig überdeckt werden.
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7 zeigt eine Elektrode 10, die über eine Vielzahl von Löchern 18 verfügt, die in einem regelmäßigen Muster, vorliegend ein Quadratmuster, angeordnet sind. Der Abstand zwischen zwei Löchern, die entlang der Diagonale eines der Quadrate voneinander beabstandet sind, in der in 7 gezeigten Darstellung also direkt untereinander oder direkt nebeneinander angeordnet sind, ist größer als der Durchmesser eines jeden der Löcher 18.
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Auch diese Elektrode verfügt selbstverständlich über eine Kontaktierungsstelle 14 sowie über Befestigungsbohrungen 26.
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8 zeigt zwei weitere Ausführungsformen der Elektrode 10, bei denen der Hauptbereich 28 eine Vielzahl von rautenförmigen Löchern 18 aufweist. Man erkennt, dass bei den beiden in 8 gezeigten Elektroden die Lage der Rauten um 90° gedreht ist. Die Ränder dieser Löcher 18 verfügen über eine Fase 32, sind also angeschrägt. Diese Fasen 32 lassen sich insbesondere bei einem Grundkörper aus Silizium durch Ätzprozesse besonders einfach und exakt herstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Bodenflansch
- 4
- Deckelflansch
- 6
- Durchflussöffnung
- 8
- Elektrodenpaket
- 10
- Elektrode
- 12
- Dichtung
- 14
- Kontaktierungsstelle
- 16
- Dichtungsring
- 18
- Loch
- 20
- Gewindestange
- 22
- Mutter
- 24
- Unterlegscheibe
- 26
- Befestigungsbohrung
- 28
- Hauptbereich
- 30
- Langloch
- 32
- Fase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29916126 U1 [0002]
- EP 0659691 A1 [0002]
- DE 102014002450 A1 [0002, 0017]
- DE 102007028074 A1 [0003]
- DE 102009005011 A1 [0003]
- DE 19948184 A1 [0004]
- DE 102015004101 [0004]
- DE 10219688 A1 [0005]
- DE 10111727 B4 [0005]
- DE 10316759 B4 [0006]
- DE 102014203372 A1 [0006]
- EP 2072472 A1 [0006]
- DE 102014203376 [0006]
- DE 102008047148 A1 [0006]
- DE 19842396 A1 [0007]
- DE 102009048 [0007]
- EP 2072641 A1 [0007]
- DE 102014203374 A1 [0008, 0009]
- DE 102014203376 A1 [0009]
