-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät
zum Behandeln von Wasser oder Abwasser oder dergleichen. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrophysikalische Abscheidungsmethode
zum Behandeln von Abwasser. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren und ein Gerät zur Behandlung und Enthärtung
von Wasser oder Abwasser oder dergleichen, einschließlich
einer Vorbehandlung von Wasser oder Abwasser und dergleichen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Industrie
und Geschäftsleute sind verpflichtet, zur Vermeidung von
Abwasserverschmutzung wann immer möglich, oder auf der
Basis von § 7a Abschnitt 1 Satz 4 des ”Federal
Water Act” (Bundeswassergesetz) dann, wenn das Abwasser
gefährliche Substanzen enthält, das Abwasser auf
der Basis des Stands der Technik zu reinigen. Im ”Recycling
Management and Waste Act” (Gesetz über Recycling-Management
und Abfall) hat die Vermeidung von Abfall die höchste Priorität.
-
Die
wachsenden Anforderungen an Industrie und Kommunen hinsichtlich
Abwasserbehandlungsanlagen erzeugen nicht nur größere
Volumina von zu behandelndem Abwasser und zu entsorgendem Klärschlamm,
sondern führen auch häufig zu Problemen hinsichtlich
der Eigenschaften des Schlamms und machen die kompetente Entsorgung
des Abfalls schwieriger. Beispielsweise hat die Separation des Schlamms
in vielen kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen beträchtlich
abgenommen, seit die Phosphateliminierung begonnen wurde. Innovative
Prozesse zur Abwasser- und Schlammbehandlung ebenso wie die Steigerung der
Effizienz von mechanischen Behandlungsanlagen gewinnen somit durch
die Zunahme der Abfallströme auf vielen Gebieten der Umwelt-
und Prozeßtechnik mehr und mehr Bedeutung. Die Schwierigkeiten,
die sich bei der Verwertung/Entsorgung von Abfall stellen, erfordern
eine ständige Verbesserung der Konditionierung und der
Behandlungsprozesse, um die Abfallmenge zu reduzieren und auch Materialien
wiederzugewinnen.
-
Daher
sind Vorbehandlungsprozesse erforderlich, die die Separation der
Kolloidkomponenten durch Filterung und Sedimentation aus ökonomischen
und ökologischen Gründen ermöglichen.
Häufig sind Kontaminationsstoffe im Abwasser suspendiert
und sehr fein emuliert und verteilt. In solchen Systemen hat die
Ausrichtung der negativen Ladung der Partikel in der gleichen Richtung
einen nachteiligen Effekt, der die effiziente Separation in mechanischen
Anlagen erschwert und die Verwendung von chemischen Additiven erfordert,
beispielsweise polymeren und/oder organischen Ausflockungsagenzien.
-
Die
Vorbehandlung dieser Abfallströme kann alternativ unter
Verwendung von elektrophysikalischer Abscheidung durchgeführt
werden. In diesem Fall werden die elektrisch geladenen Partikel
im elektrischen Feld der Elektroden bewegt, dort neutralisiert und
auf diese Weise die Koagulation der Partikel bewirkt. Abhängig
von der Abfallzusammensetzung können zusätzliche
Oxidationsprozesse während der Anwendung des elektrochemischen
Prozesses in der Beseitigung bestimmter Wasserinhaltssubstanzen
resultieren. Die Kenntnis des Mechanismus der verschiedenen Reaktionen
ist somit von besonderer Bedeutung für die Optimierung des
Prozesses und für die Einstellung der speziellen Erfordernisse
im Fall der zu behandelnden Substanzensysteme. Daher ist die Berücksichtigung
der elektrochemischen Theorie, auf der dieses basiert, für
die Entwicklung des Prozesses von besonderer Bedeutung.
-
Einige
Beispiele von Dokumenten des Stands der Technik, die den Hintergrund
der vorliegenden Erfindung betreffen können, werden hierin
zum Zweck der Diskussion kurz beschrieben.
-
US-Patent Nr. 6,55,977 lehrt
kurz gesagt gemäß einem Aspekt ein elektrolytisches
Reinigungsverfahren und -gerät zur Behandlung von Abwasser
zur Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs durch Oxidation
von wasserlöslichen organischen und anderen oxidierbaren
Materialien, die darin enthalten sind. Das elektrolytische Reinigungssystem
der Erfindung benutzt eine oder mehr elektrochemische Zellen. Die
Zellen verwenden rostfreie Stahlelektroden und enthalten Eisenspäne,
die mobil sind und frei zirkulieren, wenn Flüssigkeit durch
die Zelle strömt. Die Eisenspäne sind in elektrischem
Kontakt mit der Anode und werden durch eine nicht-leitende, aber
flüssigkeitspermeable Barriere daran gehindert, in Kontakt
mit der Kathode zu gelangen. Die Eisenspäne bieten somit
eine dynamische und fluide Elektrodenfläche, die effizient
und gegen eine Leistungsverschlechterung resistent ist.
-
Diese
Erfindung betrifft gemäß einem anderen Aspekt
ein elektrolytisches Oxidationsgerät, umfassend zwei oder
mehr elektrochemische Zellen, die in Reihe angeordnet sind für
einen sequentiellen Strom von Abwasser durch sie hindurch, um das
gewünschte Niveau der COD-Entfernung zu erzielen. In einer
speziellen Ausführungsform betrifft die Erfindung einen
elektrolytischen Oxidationsprozeß zum Reinigen eines Abwasserstroms
durch Oxidation von wasserlöslichen organischen und oxidierbaren
anorganischen Substanzen, die darin enthalten sind.
-
Das
US-Patent Nr. 6,325,916 lehrt
kurz gesagt ein Verfahren zum Separieren von Kontaminationsstoffen
aus einer wässrigen Quelle, die Kontaminationsstoffe enthält.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die Verwendung
eines stark pulverförmigen Oxidationsmittels, das in dem
wässrigen System gelöst ist. Das Gas wird innerhalb
eines Reservoirs in der wässrigen Lösung gelöst,
und der Druck innerhalb des Reservoirs ist steuerbar. Dies erlaubt
einen maximalen Kontakt des oxidierenden gelösten Gases
mit dem Kontaminationsmaterial. Im oxidierten Zustand ist der Auslaß des
Reservoirs dazu ausgelegt, hydraulische Kavitationen zu ermöglichen.
Der Gesamteffekt der Kavitationen besteht darin, eine Schaumbildung
zu induzieren, welcher Schaum eine Flocke in eine von der wässrigen
Lösung separate Phase transportiert. Auf diese Weise ist der
Prozeß effektiv ein Massentransferprozeß mittels
eines gelösten Oxidationsgases. In einer anderen Ausführungsform
kann der Prozeß durch Elektrokoagulation verstärkt
werden. Dies beinhaltet die Verwendung einer elektrischen Zelle,
die innerhalb des Reservoirs angeordnet ist, das das Oxidationsmaterial
enthält. Durch Bereitstellen von Elektroden und Anschließen
der Elektroden an eine Stromquelle werden die Kontaminationsstoffe
innerhalb der wässrigen Lösung entweder oxidiert
oder sonst zerlegt, und dies vervollständigt die Oxidation
durch das gelöste gasförmige Oxidationsmittel.
-
Das
US-Patent Nr. 6,740,245 lehrt
kurz gesagt eine Erfindung zur Bereitstellung einer extrem effizienten,
wartungsarmen, energiekostengünstigen modularen Wasserreinigungs-
und Kontaminationssteuerungstechnologie für die nichtchemische
Desinfektion und Kontaminationsstoff-Separation von verschiedenen
Typen von Wasser- oder Abwasserströmen. Die besonders interessierenden
Wasserbehandlungs- und -reinigungsgebiete umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt auf, Trinkwasser, Schiffballastwasser,
Seeentladungs-Abwasser, gewerbliches und industrielles Kühlwasser,
industrielle und gewerbliche gefährliche und/oder toxische
Abwässer, Fertigungsprozeßwasser, industrielle
Maschinenwerkzeugkühlmittel, Kanalwasser und Lebensmittelprozeß-Ströme.
-
Insbesondere
zeigt die nichtchemische Wasserreinigungs- und -desinfektionstechnologie
der Erfindung eine größere Behandlungseffizienz
als eher konventionelle Wasserbehandlungsverfahren auf Grundlage von
Chemikalien, traditioneller Filterung, Umkehrosmose, Ozongeneratoren
etc. und beinhaltet auch geringere Energiekosten. Durch Eliminieren
von Behandlungschemikalien, Erhöhung der Separation und
Entfernung von Festkörpern mit Sub-Mikronpartikelgrößen,
und durch sehr effiziente Zerstörung von Bakterien und
biologischen Agenzien innerhalb des behandelten Wassers durch elektrisch
getriebene Desinfektion können zahlreiche Operations-,
Wartungs- und ernsthafte Gesundheits- und Wasserbehandlungsprobleme
beseitigt werden, was in der ökonomischen Aufarbeitung
von kontaminiertem Wasser resultiert, und schließlich in
der Bewahrung, Reinigung und dem Schutz schrumpfender Trinkwasserversorgungen.
Dementsprechend ist es die Aufgabe dieser Erfindung, nichtchemische
Wasserbehandlungsdesinfektions- und -reinigungstechnologien zu etablieren,
die realistische, ”benutzerfreundliche” und kosteneffektive
Antworten auf die globalen Fragen und Sorgen zur Wasserverfügbarkeit
darstellen.
-
Das
US-Patent Nr. 4,149,953 lehrt
kurz gesagt eine Behandlungskammer, die als elektrolytische Zelle betreibbar
bereitgestellt wird, in der die Elektroden große Oberflächen
relativ zum Volumen des Elektrolyten haben. Die Anode ist aus einer
Menge von Aluminiumpartikeln zusammengesetzt, und die Kathode ist
aus einer Menge von Eisenpartikeln zusammengesetzt, die in enger
Nähe zum Aluminium angeordnet sind. Abwasser, das Verunreinigungen
enthält, wird in die Behandlungskammer eingeführt
und als der Elektrolyt verwendet. Ein elektrischer Strom wird an
die Elektroden angelegt, um Aluminium und Eisen aufzulösen
und eine Ausflockung in der Behandlungskammer zu erzeugen. Die Verunreinigungen
im Wasser werden absorbiert und durch die Ausflockung festgehalten.
Das Abwasser kann kontinuierlich von der Behandlungskammer zu einer Haltekammer
umgewälzt werden, oder kann über die Aluminium-
und Eisenelektroden in einem kontinuierlichen Durchflußsystem
bei einer vorbestimmten Flußrate bewegt werden. Die Ausflockung,
die die absorbierten Verunreinigungen enthält, wird durch
herkömmliche Mittel vom Wasser separiert. Als Alternative
kann sauberes Wasser, das normale gelöste Feststoffe enthält,
in die Behandlungskammer eingeführt und als der Elektrolyt
verwendet werden. Ein elektrischer Strom wird an die Aluminium-
und Eisenelektroden angelegt, um eine Ausflockung zu erzeugen. Ausflockungshaltiges
sauberes Wasser wird zu einer abwasserhaltigen Kammer gefördert
und damit gemischt. Ausflockung, die vom Abwasser absorbierte Verunreinigungen
enthält, wird dann durch herkömmliche Mittel vom
Wasser separiert.
-
Das
US-Patent Nr. 6,793,801 lehrt
kurz gesagt ein Verfahren und ein Gerät zur Separation
von Kontaminationsstoffen unter Verwendung eines verschachtelten
Felds von entgegengesetzt geladenen Elektrodenplatten zur Fluidbehandlung.
Der Abstand zwischen den parallelen Elektrodenplatten ist abgestuft,
so dass das Volumen der Hohlräume zwischen den gegenüberliegenden
Elektroden variierende Behandlungsniveaus eines breiten Bereichs
von Kontaminationsstoffen aus einer Vielzahl von Fluidsäulen
bietet. Ein Fluidflußpfad, der sich im wesentlichen orthogonal
zur Richtung des elektrischen Felds erstreckt, das zwischen gegenüberliegenden
Elektrodenplatten herrscht, bietet einen Versorgungsstrom, der den
verschiedenen Niveaus von elektrischen Ladungen zwischen den Elektrodenplatten
ausgesetzt ist. Das Verfahren und das Gerät bieten eine
effektive Einrichtung zur Separation von Kontaminationsstoffen durch
eine Vorrichtung mit einer kleinen Standfläche, die geringe
Mengen elektrischer Energie benötigt.
-
Das
US-Patent Nr. 6,923,901 lehrt
kurz gesagt eine Erfindung zur Bereitstellung einer extrem effizienten,
wartungsarmen, energiekostengünstigen modularen Wasserreinigungs-
und Kontaminationssteuertechnologie für die nichtchemische
Desinfektion und Kontaminationsstoff-Separation von verschiedenen
Typen von Wasser- oder Abwasserströmen, die in der Seeindustrie
auftreten. Die besonders interessierenden Wasserbehandlungs- und
-reinigungsgebiete umfassen, sind jedoch nicht beschränkt
auf, Schiffballastwasser und Seeentsorgungsabwasser. Speziell zeigt
die nichtchemische Wasserreinigungs- und Desinfektionstechnologie der
Erfindung eine größere Behandlungseffizienz als
konventionellere Wasserbehandlungsverfahren, die sich auf Chemikalien,
traditionelle Filterung, Umkehrosmose, Ozongeneratoren etc. verlassen,
und sie führt auch zu geringeren Energiekosten. Durch Beseitigen
der Behandlungschemikalien, Erhöhung der Separation und Entfernung
von Feststoffen mit Sub-Mikron-Partikelgrößen
und durch sehr effiziente Zerstörung von Bakterien und
biologischen Agenzien innerhalb des behandelten Wassers durch elektrisch
getriebene Desinfektion, können zahlreiche operationelle,
wartungs- und ernstliche Gesundheits- und Wasserbehandlungsprobleme
beseitigt werden, was in der ökonomischen Desinfektion
von Ballastwasser und dergleichen resultiert und somit eine Verbreitung
nicht indigener Spezien vermeidet. Dementsprechend ist es die Aufgabe
dieser Erfindung, nichtchemische Wasserbehandlungs-, Desinfektions- und
Reinigungstechnologien zu etablieren, die realistische, ”nutzerfreundliche” und
kosteneffektive Antworten auf globale Wasserfragen und -sorgen repräsentieren,
insbesondere in der See- und damit zusammenhängenden Industrien.
-
Das
US-Patent Nr. 6,613,201 lehrt
kurz gesagt ein Gerät zum Behandeln von Wasser mittels
eines elektrischen Felds. Eine Anode und eine Kathode sind in einer
Behandlungskammer angeordnet. Die Kathode hat eine Mehrzahl von
parallelen Stiften. Auf diesen Stiften sind Impfkristalle abgelagert.
Mittel zum Separieren dieser Imfpkristalle von den Stiften sind
vorgesehen. Das Gerät muß eine einfache Gestaltung
und eine hohe Effizienz hinsichtlich der Bildung der Impfkristalle
aufweisen. Die Kathode muß von Kalkablagerungen freigehalten
werden. Zu diesem Zweck werden die Impfkristalle von den Stiften
mittels einer perforierten Scheibe separiert oder abgestreift. Die
Stifte erstrecken sich durch die Löcher dieser perforierten
Scheibe. Die perforierte Scheibe wird über die Stifte geführt.
Die perforierte Scheibe kann durch Wasserdruck oder durch einen elektrischen
Motor bewegt werden. Der elektrische Motor hat als zweite Funktion
die Betätigung eines Sicherheitsventils, das mittels einer Überwachungsvorrichtung
gesteuert wird.
-
Das
US-Patent Nr. 6,849,178 lehrt
kurz gesagt ein Gerät zur Wasserbehandlung mittels eines
elektrischen Felds, das mit einer Anode und einer Kathode in wenigstens
einer Behandlungskammer ausgestattet ist, durch welche das zu behandelnde
Wasser hindurchläuft. Das Gerät ist dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Behandlungskammer einen prismatischen Raum
mit einem länglichen Querschnitt bildet, dass die Anode
und die Kathode durch Paare von parallelen, stabförmigen
Elektroden gebildet sind, die sich voneinander beabstandet in den
Raum hinein erstrecken, und eine Spannung zwischen den Elektroden
anlegbar ist. Ein Ende der wenigstens einen Behandlungskammer ist
an einen Wassereinlaß angeschlossen, und das andere Ende
der wenigstens einen Behandlungskammer ist an einen Wasserauslaß angeschlossen,
wodurch ein Wasserfluß von einer Elektrode zur anderen
erzeugbar ist, der im wesentlichen quer zu den Längsachsen
der Elektroden verläuft.
-
Das
US-Patent Nr. 6,122,599 lehrt
kurz gesagt ein Gerät zum Analysieren von Partikeln, die
in einem Fluid suspendiert sind. Das Fluid hat elektrische Eigenschaften,
die von jenen der Partikel verschieden sind. Das Fluid und die Partikel
bewegen sich von einem ersten fluidhaltigen Bereich durch eine Leitung
oder Öffnung zu einem zweiten fluidhaltigen Bereich. Ein
erstes Paar von Elektroden ist vorgesehen, wobei jede Elektrode
des Paars in einem jeweiligen fluidhaltigen Bereich ist. Ein begrenzter
elektrischer Pfad ist zwischen den ersten und zweiten Elektroden
definiert, und der Pfad erstreckt sich entlang der Öffnung.
Wenigstens ein anderes Paar von Elektroden ist in einer nicht-einkreisenden
Anordnung positioniert, und ist zueinander und quer zu dem begrenzten
elektrischen Pfad ausgerichtet. Diese Konfiguration beseitigt viele übliche
Fehler, für die andere Vorrichtungen anfällig
sind.
-
Das
US-Patent Nr. 6,338,789 lehrt
kurz gesagt ein Gerät zum Behandeln von Wasser mittels
eines elektrischen Felds. Eine Anode und eine Kathode sind in einer
Behandlungskammer angeordnet. Impfkristalle sind auf der Anode abgelagert
und werden von dort abgestreift, um mit dem Wasser mitgetragen zu
werden, wobei eine Kristallisation von im Wasser enthaltenen Karbonaten
darauf verursacht wird. Dadurch wird die Bildung von Kesselstein
beim Erhitzen des Wassers verringert. Das Wasser von der Behandlungskammer
wird einem anderen elektrischen Feld in einer Nachbehandlungskammer
während einer Verweilzeit ausgesetzt, die länger
ist als die Verweilzeit in der Behandlungskammer. Hierdurch wird
das Wachstum der Impfkristalle verstärkt. Die Effizienz
einer Behandlungskammer mit einer Nachbehandlung ist größer
als die Effizienz der Behandlungskammer alleine.
-
Das
US-Patent Nr. 4,104,142 lehrt
kurz gesagt, dass eine Flüssigkeit, die suspendierte Feststoffe
enthält, zuerst durch einen elektrostatischen Behandler
verläuft, der keinen Stromfluß über seine
Elektroden aufweist, um eine Nukleation und Koagulation der Partikel
zu initiieren. Danach verläuft es durch einen elektrolytischen
Behandler, in dem ein Strom zwischen den Elektroden fließen kann,
um eine Koagulation zusätzlich in einem solchen Maße
zu begünstigen, dass eine Ausflockung beginnt. Die Resteffekte
des elektrostatischen Behandlers verhindern eine Ablagerung auf
den Elektroden des elektrolytischen Behandlers, so dass Elektrolyse
auftreten kann, ohne eine Elektrode zu opfern, und die Elektroden
sind derart angeordnet, dass die Flüssigkeit nacheinander
durch Gruppen von konzentrierten Kraftlinien verläuft,
deren wiederholte starke Wirkung die Ausflockung weiter begünstigt.
Vom elektrolytischen Behandler wird die Flüssigkeit mit
ihrem ausgeflockten Material in ein Reinigungsbassin geliefert,
das derart gestaltet ist, dass sich die Ausflockung absetzen wird
und aus dem Bassin mit einem minimalen Aufwand wegen der Tendenz
eines solchen Materials beseitigt wird, sich sofort aufzulösen
und zu verteilen, wenn es bearbeitet wird, während es noch
in der Flüssigkeit ist.
-
Das
US-Patent Nr. 3,944,478 lehrt
kurz gesagt ein elektrolytisches Drainagebehandlungsgerät,
das bereitgestellt wird, um eine Drainage zu behandeln, die eine
Suspension einer kontaminierten Verbindung enthält, wobei
die Suspension ausgeflockt und entfernt wird durch Aluminiumionen
oder Eisenionen, die durch Elektrolyse eluiert werden. Das elektrolytische
Drainagebehandlungsgerät ist mit einem Hochgeschwindigkeitselektrolysierer
ausgestattet, umfassend eine Anode und eine Kathode mit einem dünnen
Spalt dazwischen, durch den eine Drainage gezwungenermaßen
als eine elektrolytische Lösung verläuft. Das
Anodenmaterial wie zum Beispiel Aluminium und Eisen wird als Ionen
durch die Elektrolyse eluiert, die durch das Hindurchschicken eines
elektrischen Stroms über den Spalt verursacht wird. Die
Breite des Spalts zwischen der Anode und der Kathode wird gesteuert.
Der Hochgeschwindigkeitselektrolysierer wird wirksam für
verschiedene elektrolytische Behandlungen genutzt.
-
Das
US-Patent Nr. 6,689,271 lehrt
kurz gesagt ein Elektrokoagulationssystem zum Entfernen von Kontaminationsstoffen
aus Abwässern, umfassend einen Elektrokoagulationsreaktor
mit geladenen und ungeladenen Platten, der einen seriellen Fluß von
Wasser durch ihn hindurch ermöglicht. Der Reaktor ist an
eine Spannungsquelle angeschlossen, um einige der Platten positiv
und einige negativ aufzuladen, mit ungeladenen Platten zwischen
den positiven und negativen Platten. Das System erlaubt, dass Abwasser
in den Reaktor zur Koagulation darin eintritt, wobei das Abwasser
den Reaktor verläßt, um in einen Entschäumungstank
einzutreten für ein Durchschütteln, welches es
eingefangenen Blasen ermöglicht, als Schaum zur Oberfläche
des Tanks aufzusteigen. Vom Entschäumungstank gelangt Abwasser
durch einen Schlammverdicker, um es Schlamm zu ermöglichen,
sich am Boden davon abzusetzen, und Abwasser wird vom Schlammverdicker
abgezogen, um zu einem Reiniger zu fließen. Die Pumpe entfernt
Schlamm, der sich am Boden des Reinigers bildet, um ihn zum Schlammverdicker
zurückzubringen. Der Schlamm wird vom Boden des Schlammverdickers
abgezogen für den Transport zu einer Presse, wo der Großteil
des Wassers daraus entfernt wird. Wasser wird von der Spitze des
Reinigers zum Transport zu einem konventionellen Kanalsystem oder
zur Wiederverwendung abgezogen.
-
Das
US-Patent Nr. 6,315,887 lehrt
kurz gesagt eine Vorrichtung zum Reinigen von verschmutztem Wasser,
die speziell dazu ausgelegt ist, organische Verschmutzungen daraus
zu entfernen. Die Vorrichtung macht Gebrauch von einem Reaktor,
in dem das verschmutzte Wasser der kombinierten Wirkung eines ozonhaltigen
Gases in Anwesenheit eines Oxidationsreaktionskatalysators ausgesetzt
ist, der in situ durch Elektrolyse erzeugt wird. Eine Aufgabe der
Erfindung ist die Bereitstellung eines effizienten und ökonomischen
Verfahrens zur Reinigung von verschmutztem Wasser, speziell Abwasser,
und zwar entweder durch ”in situ”-Oxidation seiner
organischen Kontaminationsstoffe und/oder Kombination davon in einer
physikalischen Beseitigungsform. Dieses Verfahren erlaubt auch das
Abtöten von lebenden Kontaminationsverschmutzungen wie zum
Beispiel Viren. Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung
zur Durchführung des genannten Verfahrens bereitzustellen.
Diese Vorrichtung kann verwendet werden zur Reinigung von verschmutztem Wasser,
das mit einer großen Vielzahl von Verschmutzungen kontaminiert
ist, beispielsweise jenen, die im Abwasser zahlreicher organischer
Fertigungsanlagen gefunden werden. Somit wird es möglich,
die Behandlung von Wasser durchzuführen, das mit organischen
Verbindungen verschmutzt ist, speziell organischen Verbindungen,
die im Abwasser vieler verschmutzender Industrien gefunden werden,
beispielsweise petrochemische Stoffe, Düngemittel, Insektizide,
Pestizide, oder bei Papierfabriken und in der Nahrungsmittelindustrie,
die im allgemeinen einen hohen COD- und BOD-Pegel aufweisen. Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Reaktor bereitzustellen,
in dem starke Oxidationsbedingungen hergestellt werden, um organische
Verschmutzungen vollständig oder teilweise zu zerlegen
und sie in leicht entfernbare Oxidationsprodukte umzuwandeln, insbesondere
Oxidationsprodukte mit einer geringen Dichte oder Gas. Somit liefert
diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, die die Reinigung
stark verschmutzten Wassers erlauben. Das Verfahren und die Vorrichtung
gemäß dieser Erfindung sind dazu ausgelegt, die
organischen Kontaminationsstoffe zu oxidieren, die in dem behandelten
Abwasser enthalten sind, und während der Behandlung wenigstens
einen Katalysator für eine Oxidationsreaktion in einem
hochaktivierten Zustand zu erzeugen.
-
Das
US-Patent Nr. 6,294,061 lehrt
kurz gesagt ein Elektrokoagulationssystem zum Entfernen von Kontaminationsstoffen
aus Abwässern, umfassend einen Elektrokoagulationsreaktor,
der geladene und ungeladene Platten aufweist und einen seriellen
Fluß von Wasser durch ihn hindurch erlaubt. Der Reaktor
ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, um einige der Platten
positiv und einige negativ aufzuladen. Das System erlaubt den Eintritt
von Abwasser in den Reaktor zur Koagulation darin, wobei das Abwasser
den Reaktor verläßt, um in einen Entschäumungstank
für ein Durchschütteln einzutreten, was es eingefangenen
Blasen erlaubt, als Schaum an die Oberfläche des Tanks
aufzusteigen. Aus dem Entschäumungstank gelangt Abwasser durch
einen Schlammverdicker, um es Schlamm zu ermöglichen, sich
am Boden davon abzusetzen, und Abwasser wird aus dem Schlammverdicker
abgezogen, um zu einem Reiniger zu fließen. Die Pumpe entfernt Schlamm,
der sich am Boden des Reinigers bildet, um ihn zum Schlammverdicker
zurückzubringen. Der Schlamm wird vom Boden des Schlammverdickers
zum Transport zu einer Presse abgezogen, wo der Großteil des
Wassers daraus entfernt wird. Wasser wird von der Spitze des Reinigers
abgezogen zum Transport zu einem konventionellen Kanalsystem oder
zur Wiederverwendung.
-
Das
US-Patent Nr. 6,274,028 lehrt
kurz gesagt ein Verfahren und ein Gerät zum Reinigen wässriger Abwasserströme
zur Verringerung des chemischen Sauerstoffbedarfs davon, wobei das
Verfahren eine direkte Oxidation von wasserlöslichem organischen
Material in einer elektrochemischen Zelle umfaßt, die rostfreie Stahlelektroden
enthält, deren Stabilität und Lebensdauer durch
Einschluß von zirkulierenden Metallspänen erhöht
sind.
-
Das
US-Patent Nr. 6,126,838 lehrt
kurz gesagt ein Verfahren zur Behandlung von hoch konzentriertem Abwasser
durch Elektrolyse und Oxidation, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Elektrolyse und die Oxidation in einem fluidisierten
Bett eines geeigneten Partikelträgers durchgeführt
werden. Die elektrolytische Reduktionseffizienz von Eisen(III)-Ionen
wird durch den fluidisierten Partikelträger verbessert, und
somit kann ein hohes Verhältnis von Eisen (III) zu Eisen
(II) in dem System aufrechterhalten werden. Diese Erfindung erlaubt
eine extensive Reinigung von Abwasser mit verbesserter Effizienz.
-
Das
US-Patent Nr. 5,928,493 lehrt
kurz gesagt ein Verfahren zur Behandlung von Industrieabwasser unter
Verwendung von Elektrokoagulation, um eine Separation von Kontaminationsstoffen
zu bewirken, die Schwermetalle, Farbstoffe, Öle, Fette,
Lösungsmittel und Salze enthalten können. Der
Prozeß umfaßt den Schritt, Abwasser, das elektrokoagulationsfähige
Kontaminationsstoffe enthält, zwischen Elektrodenpaaren
innerhalb einer Reaktorzelle hindurchlaufen zu lassen, die Elektroden
mit Gleichstrom zu versehen, hierdurch Kontaminationsstoffe in dem
elektrolysierten Wasser zu zerlegen und chemisch zu verändern,
um eine sedimentierbare Ausflockung darin zu bilden, und die Ausflockung
von dem gereinigten Wasser zu separieren. Diese Erfindung schlägt
auch ein Gerät zum Behandeln von Abwasser vor, umfassend:
eine Elektrokoagulations-Reaktorzelle mit voneinander beabstandeten
Elektroden, die mit Gleichstromenergie versehen werden, eine Pumpe,
um Industrieabwasser durch den Reaktor und zwischen den Elektroden
verlaufen zu lassen, einen Entschäumungstank, einen mechanischen
Reiniger, sowie eine Kammerplattenfilterpresse.
-
Das
US-Patent Nr. 4,770,755 lehrt
kurz gesagt eine Elektrodeneinheit zur Verwendung zur Reinigung von
Emulsionen und verschmutzten Wassermengen, speziell ölhaltigem
Wasser, durch Elektrolyse, umfassend vertikal platzierte benachbarte
Elektrodenplatten aus einem löslichen Material, Abstandshalter
zum Einstellen des Abstands zwischen den Elektrodenplatten sowie
Gerätschaft zum Einstellen der Eintauchtiefe der Elektrodenplatten.
Die Spitzen der Elektrodenplatten definieren den einzigen Bereich
der Platten in Kontakt mit der zu reinigenden Flüssigkeit,
und die Eintauchtiefe der Elektrodenplatten wird so eingestellt,
dass die Stromdichte zwischen den Elektrodenspitzen innerhalb eines
bestimmten Bereichs gehalten wird. Zusätzlich wird auch
der Abstand zwischen den Platten eingestellt, um die Stromdichte
zwischen den Elektrodenspitzen innerhalb des gewünschten
Bereichs zu halten.
-
Das
US-Patent Nr. 4,623,436 lehrt
kurz gesagt ein Verfahren und ein Gerät zum Entfernen von
Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit, wobei die Verunreinigungen
enthaltende Flüssigkeit bei einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks
einem elektrolytischen Bad zugeführt wird. Eine Elektrolyse
wird durch Anlegen einer Spannung an Elektroden durchgeführt,
die aus einem Metall bestehen, welches sich bei Elektrolyse leicht auflöst.
Die Flüssigkeit wird dann Atmosphärendruck ausgesetzt
und wird in einem Flotationsseparationstank behandelt. Feine Blasen,
die sich während der Behandlung der Flüssigkeit
in dem Flotationsseparationstank bilden, haften an den Verunreinigungen,
die in der Flüssigkeit durch Elektrolyse ausflocken. Die
Flotationsseparation der ausgeflockten Verunreinigungen wird sehr
effizient durchgeführt, und hochreines Wasser kann gewonnen
werden. Das Gerät umfaßt ein elektrolytisches
Bad bestehend aus einem Druckbehälter, in welchem Elektroden
aus einem Metall untergebracht sind, das sich bei Elektrolyse leicht
auflöst, sowie eine Konstantstromquelle zum Anlegen einer
Spannung an die Elektroden, um eine vorbestimmte Stromdichte in
einer Flüssigkeit zu erhalten, die in dem elektrolytischen
Bad enthalten ist, wobei Verunreinigungen in der Flüssigkeit
veranlaßt werden, durch ein Hydroxid des Metalls auszuflocken.
-
Das
US-Patent Nr. 4,181,591 lehrt
kurz gesagt, dass ein Fluid wie zum Beispiel Luft oder Wasser, welches
suspendierte Feststoffe trägt, zwischen ein Paar von entgegengesetzt
aufgeladenen gewellten Oberflächen gelenkt wird, um den
Fluß einer wellenförmigen Wirkung zu unterwerfen,
die die Frequenz erhöht, mit der die Festkörperpartikel
gegeneinander stoßen, wodurch die Ausflockungsrate der
Festkörper erhöht wird. Im Fall von luftgetragenen
Partikeln sind die gewellten Oberflächen in einem aufrechten
Zustand angeordnet, so dass die ausgeflockten Partikel, die von
der einen oder der anderen dieser Oberflächen angezogen
werden, von dort unter Gravitationswirkung in einen Fördermechanismus
gelangen, der solche Partikel zu einem Sammelbehälter liefert.
Im Fall von flüssigkeitsgetragenen Partikeln wird der Fluß gezwungen,
nach oben gegen die Schwerkraft zu fließen, nachdem er
zwischen den Oberflächen hindurchgelaufen ist, wodurch
eine Ablagerung der ausgeflockten Partikel in einem Sumpf begünstigt
wird, der dem Aufwärtsflußdurchgang zugeordnet
ist. In jedem Fall können zwei Gruppen von geladenen Oberflächen
verwendet werden, wobei bei der ersten wenigstens eine ihrer Oberflächen
für eine elektrostatische Wirkung von dem Fluß isoliert
ist, während bei der zweiten keine Oberflächen
für eine elektrolytische Wirkung isoliert sind.
-
-
Jede
Diskussion von Dokumenten, Vorrichtungen, Handlungen oder Wissen
in dieser Beschreibung ist enthalten, um den Kontext der Erfindung
zu erläutern. Es sollte nicht als Zugeständnis
aufgefaßt werden, dass irgendeines dieser Materialien einen
Teil des Stands der Technik oder übliches allgemeines Wissen
im Stand der Technik in Singapur oder anderswo an oder vor dem Prioritätsdatum
der Offenbarung und Ansprüche hier bildet. Alle Aussagen
betreffend das Datum oder Darstellung betreffend die Inhalte dieser
Dokumente basiert auf der dem Anmelder verfügbaren Informationen
und stellt keinerlei Zugeständnis hinsichtlich der Richtigkeit
der Daten oder Inhalte dieser Dokumente dar.
-
Der/die
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat/haben bei der elektrophysikalischen
Abscheidung einen Separationsprozeß gefunden, der sauber,
kosteneffizient, komfortabel und schnell ist. Bisher erforderten stabile
Emulsionen und Suspensionen eine komplexe Vorbehandlung, bevor die
individuellen Phasen behandelt werden konnten. Beispielsweise werden
Emulsionen wie zum Beispiel Bohr- oder Schneidöl oder Abwasser
aus Waschprozessen häufig durch die Beifügung
von Chemikalien zersetzt, beispielsweise Metallsalz oder Polymeren.
Der Nachteil dieser Vorgehensweise liegt in der Tatsache, dass Metallsalze
zu Salzanhäufung führen. Ein anderer Prozeß ist
die Emulsionsseparation durch Ultrafilterung. Dieser Prozeß liefert
ein nahezu ölfreies Filtrat, das der biologischen Behandlung
zugeführt werden kann. Allerdings ist seine Erlangung ebenso wie
die Operation verhältnismäßig teuer.
Das gleiche gilt für thermische und somit energieintensive
Separationsprozesse. Im Gegensatz zu den traditionellen Vorgehensweisen
nimmt die elektrophysikalische Abscheidung den direkten Weg über
eine umweltfreundliche Reinigung von problematischem Abwasser oder
Vorbehandlung von Wasser oder Abwasser für eine nachfolgende
Entsalzung.
-
Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine sogenannte
Opferanode einzuführen, die sich durch Aussenden von Metallionen
in ein flüssiges Medium auf dem Weg zur Kathode langsam
auflöst.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hochreaktive
Radikale ebenso wie Wasserstoff und Sauerstoff an der Oberfläche
der Elektrode zu erzeugen. Insbesondere bewirken die Radikale zahlreiche
Sekundärreaktionen mit Inhaltsmaterialien von Abwasser,
beispielsweise die Zersetzung von organischen Substanzen durch Oxidation.
Dies reduziert auch den chemischen Bedarf an Sauerstoff.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zahlreichen
Facetten von Anwendungsgebieten der elektrophysikalischen Abscheidung
zu generieren, beispielsweise das Aufspalten von Bohr- und Schneidölemulsionen
ebenso wie von Kalk- und Putzsuspensionen. Sie entfernt Schwermetalle
aus galvanischem Abwasser. Sie kann auch vorteilhafterweise verwendet
werden für eine Vorbehandlung von Wasser oder Abwasser
bei Entsalzungsprozessen.
-
Einige
Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass der benötigte
Platz gering ist und die Aufwendungen für die Gerätschaft
niedrig. Es müssen keine gefährlichen Materialien
in der Form von Chemikalien gelagert werden, und die Operationskosten
sind begrenzt. Der Abstand zwischen den Elektroden wurde hinsichtlich
einer großen Oberfläche pro Reaktorvolumen optimiert.
Die Spannung ist verhältnismäßig niedrig, was
einen günstigen Effekt auf den Energieverbrauch hat. Der
Verschleiß und die Zerstörung der Eisen-Aluminium-
oder legierungsbeschichteten Elektroden, die als Opferanoden dienen,
wird ebenfalls innerhalb engster Grenzen gehalten.
-
ÜBERSICHT ÜBER
DIE ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät
zum Behandeln von Wasser oder Abwasser zum Trinken und/oder für
industrielle Verwendung. Das Verfahren und das Gerät umfaßt
eine Mehrzahl von vertikal positionierten Elektroden, die in einer
Behandlungskammer platziert sind. Die Elektroden sind miteinander
verbunden, jedoch dazwischen isoliert. Die Polarität der
Gleichstromversorgung könnte in regelmäßigen
Intervallen geändert werden, um eine Passivierung der Elektroden
zu verhindern, um eine gleichmäßige Abrasion zu
erzielen. Der Strom kann vorzugsweise pulsierend sein, wodurch der Spitzeneffekt
effizienter wird, und um es zu ermöglichen, die Stromdichte
zwischen den Elektroden bei einem gewünschten Wert zu halten, wird
die effizienteste mögliche Elektrolyse mittels eines minimalen
Gesamtstroms erzielt. Der Abstand zwischen den Elektroden ist für
verschiedene Typen von Wasser- oder Abwasserleitfähigkeit
einstellbar.
-
Für
eine bessere Koagulation könnten ferner ein elektrostatischer
Stab und einige Ultraviolett-Desinfektionslampen enthalten sein.
Ein Injektorsystem, welches Luft, Gas oder eine flüssige
Koagulationschemikalie in den Reaktorraum saugt, sind darin vorgesehen.
Die Elektroden, die in einer Behandlungskammer positioniert sind,
sind durch eine Wand separiert. Ferner ist eine Elektrodeneinheit
in ein Mikroflotationssystem integriert, und der ausgeflockte Schlamm
am Auslaß wird in einer Filtertrommel gesammelt, wobei
das klare Wasser am Auslaß nach einem pH-Test zurückgeführt
und danach zum Abfluß kanalisiert wird. Zur Vergrößerung
des Mikroflotationsprozesses kann optional ein Luftinjektor für
Gas vor dem Einlaß installiert sein.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung fließt das Abwasser in ein Kunststoff-,
beispielsweise Plexiglas-, Glas- oder Metall-Reaktorrohr, in welchem
die Elektroden die Reaktion der Kolloidpartikelflockulation und
die Oxidation von wasserlöslichem organischen Material
in der elektrochemischen Zelle starten. Das koagulierte und oxidierte
Material gelangt danach in den Absetzreaktor, wo Mineralien ebenso
wie ausgeflockte Kolloide auf den Boden des Absetzreaktors fallen
und eine Art von Filterbett im Wasser selbst erzeugen. Das behandelte
klare Wasser muß durch dieses Mineralfilterbett hindurchlaufen,
welches von Zeit zu Zeit am Auslaß entfernt werden kann.
-
Die
positive Elektrode ist gebildet aus verschiedenen individuellen
Elektroden, die gestaltet und ausgewählt sind aus einer
quadratischen, hexagonalen, kreisförmigen oder jeder anderen
geometrischen Gestalt im Querschnitt, und wobei jede positive Elektrode
vorzugsweise eine Größe von wenigstens 1 bis 20
cm2 und eine Länge zwischen 0,30
m und 3,00 m aufweist, und wobei die Oberfläche der positiven
Elektroden eine beschichtete Lage von Titan oder Molybdän
oder einer Legierung aus beiden Metallen oder diamantbeschichtete Niob-Elektroden
aufweist.
-
Andere
Aspekte und bevorzugte Aspekte sind in der Beschreibung offenbart
und/oder in den beigefügten Ansprüchen definiert,
die einen Teil der Beschreibung der Erfindung bilden.
-
Ein
weiterer Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird aus der
nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung deutlich werden.
Es versteht sich jedoch, dass die detaillierte Beschreibung und
spezielle Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung angeben, rein zur Erläuterung gegeben werden,
da verschiedene Veränderungen und Abwandlungen innerhalb
des Geistes und des Umfangs der Erfindung dem Fachmann aus dieser
detaillierten Beschreibung deutlich werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Weitere
Offenbarung, Aufgaben, Vorteile und Aspekte der vorliegenden Anmeldung
werden vom Fachmann besser verstanden werden mit Bezug zu der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Erläuterung
gegeben werden und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken,
und in denen:
-
1 eine
schematische Draufsicht auf eine Elektrodeneinheit gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine
schematische Ansicht einer Elektrodeneinheit in Kombination mit
elektrostatischen Feldstäben zur besseren Koagulation und/oder
Ultraviolettlicht zur Desinfektion zeigt;
-
3 eine
schematische Darstellung einer Kombination eines Luft-/Gas-/Flüssigkeit-Koagulationsinjektors
mit einer elektrostatischen Hochspannungsstabeinheit mit einer elektrolytischen
Einheit in Kombination mit Ultraviolettlampen für beste
Desinfektion zeigt;
-
4 eine
schematische Darstellung einer Elektrodeneinheit/Stäben
innerhalb eines Mikroflotationssystems zur Verringerung des chemischen
Sauerstoffbedarfs (COD, Chemical Oxygen Demand), des biologischen
Sauerstoffbedarfs (BOD, Biological Oxygen Demand), Kolloidpartikel
und Desinfektion zeigt; und
-
5 eine
schematische Ansicht einer Elektrodeneinheit zur Demineralisierung/Deionisierung
durch elektrolytische Behandlung von Wasser/Abwasser zeigt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
1 zeigt
schematische Zeichnungen einer Elektrodeneinheit 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung. Die Elektrodeneinheit 1 umfaßt
eine Mehrzahl von vertikal positionierten Elektroden 2a und 2b.
Die vertikal positionierten Elektroden 2a und 2b sind
vorzugsweise in einer Behandlungskammer 3 positioniert.
Die Elektroden 2a und 2b sind miteinander verbunden,
wie es in den Zeichnungen gezeigt ist, aber die positiven und negativen
Elektroden sind zwischen sich isoliert. Wie in der Figur gezeigt,
könnte die Polarität einer Gleichstromversorgung
in regelmäßigen Intervallen geändert
werden, um eine Passivierung der Elektroden beim Erreichen einer
gleichmäßigen Abrasion zu vermeiden. Zusätzlich
könnte der Strom vorzugsweise pulsierend sein, wobei der
Spitzeneffekt effizienter wird als zuvor. Gemäß der
vorliegenden Erfindung, und um in der Lage zu sein, die Stromdichte
zwischen den Elektroden bei einem gewünschten Wert zu halten,
wird die effizienteste mögliche Elektrolyse mittels eines
minimalen Gesamtstroms erreicht. Ferner könnte für
den gleichen Zweck auch der Abstand zwischen den Elektroden innerhalb
eines Abstands von 4 bis 40 mm eingestellt werden.
-
Mit
Bezug zu 1 kann die Elektrodeneinheit 1 in
einem elektrolytischen Phosphatenffernungsverfahren zusammen mit
dem Elektrophosphatenfferner in Abwasserbehandlungsanlagen verwendet
werden. Die Elektroden 2a und 2b, die mit dem
Elektrophosphatenterner verbunden sind, können in das Anstiegsbassin eingesetzt
sein, in welchem es mehr Nitrat verglichen mit Sauerstoff gibt.
Wenn das Material jedoch gut gemischt ist, würde Kalzium
nicht mit Sauerstoff reagieren. Der Elektrophosphatenfferner verursacht
eine Ionenaustauschreaktion. Dies würde ferner die Bildung
einer kristallähnlichen Gitterstruktur bewirken. In diesem
Fall wird der anschließende Prozeß der Denitrifikation
des Phosphats als Kalzium-Amonium- und/oder Magnesium-Amonium-Phosphat,
das auf dem Schlamm treiben würde, eliminiert.
-
Nun
wird Bezug genommen auf 2, in der eine schematische
Ansicht einer anderen Elektrodeneinheit gemäß der
vorliegenden Erfindung gezeigt ist, die ferner verschiedene vertikal
platzierte Elektroden 2a und 2b umfaßt.
Die Elektroden 2a und 2b sind vorzugsweise in
einer Behandlungskammer 3 positioniert. Die weitere Konfiguration
dieser Elektrodeneinheit ist identisch zu der vorher erwähnten
Elektrodeneinheit und wird hier nicht wiederholt werden. Gemäß der
vorliegenden Erfindung könnte ein elektrostatischer Stab 4 wie zum
Beispiel Niob und einige Ultraviolett-Desinfektionslampen 5 ferner
für eine bessere Koagulation vorgesehen werden.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung, wie sie in 3 gezeigt
ist, kann ferner ein Injektorsystem 6 vorgesehen sein,
welches dazu gestaltet und ausgelegt ist, Luft, Gas oder eine flüssige
Koagulationschemikalie in den Reaktorraum zu saugen. Bei dieser
Ausführungsform separiert eine Wand 8 die Elektroden 2a und 2b, die
in einer Behandlungskammer 3 positioniert sind. Aufgrund
dieser Behandlung sind die Werte des chemischen Sauerstoffbedarfs
(COD) und des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOD) und die Menge
von Kolloidpartikeln reduziert. Diese Ausführungsform wird
speziell bei Klimaanlagen und Kühltürmen verwendet.
-
4 gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt eine schematische Zeichnung einer Elektrodeneinheit, die
in ein Mikroflotationssystem integriert ist. Der ausgeflockte Schlamm
am Auslaß 10 wird in einer Filtertrommel gesammelt.
Das saubere Wasser vom Auslaß 12 wird auf seinen
pH-Wert überprüft und danach zum Abfluß kanalisiert.
Zur Verstärkung des Mikroflotationsprozesses könnte
ein Luftinjektor für Gas optional im vorderen Bereich des
Einlasses 14 installiert sein.
-
5 zeigt
eine schematische Zeichnung einer Elektrodeneinheit gemäß der
Erfindung zum Deionisieren von Wasser oder Abwasser. Wasser aus
einer Wasserleitung oder -tank oder von einer anderen Quelle wird
in ein Kunststoff-, beispielsweise Plexiglas-, Glas- oder Metall-Reaktorrohr 13 kanalisiert.
Die Elektroden 2a und 2b starten die Reaktion
zum Ausflocken von Kolloidpartikeln und die Oxidation von wasserlöslichem organischem
Material in der elektrochemischen Zelle. Aufgrund der elektrochemischen
Reaktion wird sich das koagulierte und oxidierte Material zum Absetzreaktor 9 hin
bewegen, wo Kalzium, Magnesium und andere Mineralien ebenso wie
ausgeflockte Kolloide 18 zum Boden des Absetzreaktors 9 absinken
und danach eine Art von Filterbett im Wasser selbst erzeugen. Das
behandelte saubere Wasser muß durch das Filterbett hindurchfließen,
welches von Zeit zu Zeit über den Auslaß 11 entfernt
werden kann. Die in 5 gezeigte Anordnung wird speziell
eingesetzt, wenn deionisiertes Wasser zur Verarbeitung benötigt
wird, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, Kühltürmen,
Wasserheizern usw. Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Karbonathärte des zu behandelnden Wasser durch
das elektrolytische Verfahren reduziert werden. Das Volumen von schwer
flüchtigen lipophilen Materialien in Abwasser, insbesondere
aus Lebensmittelfetten und Lebensmittelölen, wird durch
die Verwendung der vorliegenden Erfindung verringert.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann die Karbonathärte von zu behandelndem
Wasser effektiv durch das elektrolytische Verfahren reduziert werden,
das Karbonat- und Sulfatsalze durch Verwendung einer Elektrolysezelle
abscheiden würde. Die Elektrolysezelle verwendet 10 Volt
Gleichspannung. Die Elektrolysezelle ist außerdem dazu
ausgelegt, die Gleichspannung pulsieren zu lassen, um eine Stromstärke
zu erzeugen, die wenigstens 10 Ampere beträgt. In der vorliegenden
Erfindung sind die Elektroden dazu gestaltet und ausgelegt, eine
Querschnittsabmessung von ungefähr 1 bis 2 cm2 zu
haben. Somit wird das zu behandelnde Wasser mit einer Stromstärke
von ungefähr 1 bis 20 Ampere/m2 behandelt.
-
Die
Anode (auch als positiver Pol bekannt) umfaßt verschiedene
individuelle Anoden. Es wird bevorzugt, dass jede Anode gestaltet
und ausgewählt ist aus einer quadratischen, hexagonalen,
kreisförmigen oder jeder anderen geometrischen Querschnittsgestalt.
Ferner wird bevorzugt, dass jede Anode eine Abmessung von wenigstens
1 bis 20 cm2 hat. Die Länge jeder
Anode wird zwischen 0,30 m bis 3,00 m ausgewählt. In der vorliegenden
Erfindung umfaßt die Oberfläche der Anoden eine
Lage, die beschichtet ist mit Titan oder Molybdän oder
einer Legierung beider Metalle oder diamantbeschichtetem Niob. Die
Kombination von Anoden mit verschiedenen Materialien kann gemäß den
Eigenschaften des zu behandelnden Wassers und der benötigten Wasserqualität
variiert werden.
-
Die
Kathode (auch als negativer Pol bekannt) umfaßt ebenfalls
verschiedene individuelle Elektroden. Das Design und die Gestaltung
jeder Kathode ist ähnlich dem Design und der Gestaltung
jeder Anode. Die Eigenschaften der Kathoden werden unter Verwendung
der folgenden Zusammensetzung hergestellt:
- (i)
Metalle oder Metalllegierungen mit wenigstens 80% Aluminium;
- (ii) Metalle oder Metalllegierungen mit wenigstens 80% Magnesium;
- (iii) Metalle oder Metalllegierungen mit wenigstens 80% einer
Gesamtkombination von Aluminium und Magnesium;
- (iv) leitfähiger Kohlenstoff in der Form von Grafit
oder verdichtetem Ruß;
- (v) leitfähiger Kohlenstoff, der in Kunststoff eingebettet
ist;
- (vi) diamantbeschichtete Niob-Elektroden;
- (vii) leitfähige Keramik oder Mischungen von Keramik
mit anderen Materialien.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist die Gruppe von Materialien auf Basis
von Aluminium weniger geeignet für die Behandlung von Trinkwasser.
Daher wird für den Zweck der Behandlung von Trinkwasser
die Gruppe von Metallen oder Metalllegierungen mit wenigstens 80%
Magnesium bevorzugt.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird die Karbonathärte des Wassers
während der Abscheidung abgebaut. Zusätzlich hierzu
werden verschiedene organische und anorganische Substanzen wie zum
Beispiel Bakterien, suspendierte Materialien, Nitrate, Nitrite,
Phosphate oder Amoniumsalze ebenfalls in harmlose Bestandteile durch
Oxidation oder Reduktion zersetzt, was auch als Redoxreaktionen
bekannt ist.
-
Ein
wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung
eines Materials, welches sowohl Anoden als auch Kathoden kombiniert.
Dies wird gewährleisten, dass eine minimale elektrochemische Abnutzung
und Verschleiß an den Elektroden auftritt. Dies wiederum
würde gewährleisten, dass die Lebensdauer der
Elektrolysezellen um mehrere Jahre verlängert wird.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Wasserbehandlungsverfahren
durchzuführen, welches Wasser sowohl für eine
industrielle Verwendung als auch zum Trinken verfügbar
machen würde. Zusätzlich hierzu könnte
das gemäß der vorliegenden Erfindung behandelte
Wasser ferner zu deionisiertem Wasser oder Trinkwasser verbessert
werden, und zwar durch traditionelle Ionentauscher bzw. durch Umkehrosmoseverfahren.
-
Ein
Beispiel der Testergebnisse, die gemäß der vorliegenden
Erfindung erzielt werden, ist hierin in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| Elektrolytische
Abwasserbehandlung Beispiele Reinigungswert |
| Abwassertyp | Inhaltsstoffe | Abwasser
(mg/l) | Filtrat
(mg/l) | Reduktion
(%) |
| Mischemulsion | CSB | 38.000 | 7.200 | 81.1 |
| KW(H18) | 8.000 | 0,2 | 99.9 |
| Cu | 184 | 0.82 | 99.6 |
| 2
n | 18 | 0.71 | 96.1 |
| Einlaugeemulsion | CSB | 114.000 | 2700 | 97.6 |
| Cu | 98 | 0.34 | 99.7 |
| Waschwasser (Fahrzeuge) | CSB | 1.930 | 868 | 55 |
| KW
(H18) | 8.8 | 0,1 | 98.9 |
| KW
(H17) | 15 | 8 | 46.7 |
| Zn | 3.6 | 0.34 | 90.6 |
| Pb | 2.31 | 0.54 | 76.6 |
| Waschwasser (Altmetall) | CSB | 24.400 | 2.870 | 88.2 |
| KW
(H18) | 20.000 | 1.4 | 99.9 |
| Cr | 0.08 | 0.01 | 87.5 |
| Cu | 2.0 | 0.14 | 93 |
| Ni | 0.28 | 0.14 | 50 |
| Zn | 4.4 | 0.43 | 90.2 |
| Phosphatisierend | Fe | 5 | 0.2 | 96 |
| Zn | 17.5 | 0.2 | 98.2 |
| Ni | 27.5 | 0.1 | 99.6 |
| Sulfat | 1400 | 100 | 92.9 |
| Nitrit | 17.5 | 4 | 77.1 |
| Phosphat | 142.5 | 44.5 | 68.8 |
| Oberflächenbehandlung | CSB | 25.700 | 569 | 97.8 |
| Cr | 5.8 | 10.05 | 99.1 |
| Cn | 11.9 | 10.1 | 99.2 |
| Pb | 5.8 | 0.4 | 93.1 |
| Ni | 4.3 | 4,3 | 97.7 |
| Zn | 62 | 62 | 99.9 |
| Bleioxidproduktion | Pb | 40 | 10.002 | 99.9 |
| Zinkoxidproduktion | Zn | 1002 | 1 | 99.9 |
| Aluminiumprofilproduktion | Al | 80.2 | 0.41 | 99.4 |
| Druckfarbstoff-Abwasser | CSB | 9.98 | 653 | 93.5 |
| KW | 110 | 0.5 | 99.5 |
| AOX | 39 | 0.73 | 97.9 |
| Al | 213 | 0.05 | 99.9 |
| Cu | 153 | 0.02 | 99.9 |
| Zn | 27.7 | 0.01 | 99.9 |
| CSB | 18.000 | 4.035 | 27.6 |
| KW | 30 | 1.0 | 96.6 |
| AOX | 88.5 | 1.5 | 98.3 |
| Cu | 73 | 0.4 | 99.4 |
| Cr | 0.53 | 0.12 | 78.5 |
| Spektraler Adsorptionskoeffizient | 436
nm | 96,6 | 3,5 | 89 |
| 525
nm | 47,6 | 1,3 | 93.1 |
| 620
nm | 52,2 | 3,0 | 95.6 |
| Flexodruck-Abwasser | CSB | 17.500 | 932 | 94.7 |
| BSB | 1.000 | 333 | 66.6 |
| AOX | 7 | 0.1 | 98.6 |
| Cu | 1 | 0.01 | 99 |
| Ba | 13 | 0.07 | 99.5 |
| Dispersionsfarbstoff-Abwasser | CSB | 50.000 | 3.100 | 93.8 |
| Benzol | 0.25 | 0.003 | 98.7 |
| Toluol | 2 | 0.06 | 97 |
| Ethylbenzol | 17 | 0.13 | 99.2 |
| Xylol | 69 | 0.54 | 99.2 |
| Styrol | 5.4 | 0.04 | 99 |
| Textilfarbstoff-Werkstätte | CSB | 1.700 | 230 | 86.5 |
| KW | 32 | 0.8 | 97.5 |
| Cr | 3.4 | 0.1 | 97 |
| Textilfarbstoff-Werkstätte | Tenside
MBAS | 79.3 | 0.9 | 98.9 |
| Tenside
BIAS | 24.5 | 1.6 | 93.5 |
| EDTA | 117 | 0.8 | 99.3 |
| Cr | 76.9 | 0.2 | 99.7 |
| Cu | 33.9 | 0.2 | 99.4 |
| Zn | 99.3 | 0.05 | 99.9 |
| Spektraler Adsorptionskoeffizient | 436
nm | 49,3 | 5,4 | 89 |
| 525
nm | 55,0 | 3,8 | 93.1 |
| 620
nm | 118 | 5,1 | 95.6 |
| Galvanisch | Ar | 1.1 | 0.006 | 99.5 |
| Cd | 2.4 | 0.0001 | 99.9 |
| Cr | 11 | 0.1 | 99.9 |
| Cu | 190 | 0.01 | 99.9 |
| Hg | 0.8 | 0.0002 | 99.9 |
| Pb | 150 | 0.03 | 99.9 |
| Ma | 5.8 | 0.02 | 99.7 |
| Ni | 2.1 | 0.09 | 99.2 |
| Zn | 290 | 0.08 | 99.9 |
| Ni | 1156 | 0.25 | 99.9 |
| Cu | 111 | 0.08 | 99.9 |
| Zn | 50.4 | 0.01 | 99.9 |
| Scheibenschleifen | CSB | 21.000 | 630 | 97 |
| Cr | 6.2 | 0.06 | 99 |
| Ni | 4.7 | 0.2 | 95.5 |
| Fe | 37 | 3.3 | 91 |
| Scheibenschleifen | KW | 165 | 1.6 | 99 |
| ZN | 62 | 1.8 | 97 |
| Cu | 34 | 0.3 | 99.1 |
| Scheibenschleifen (Abfeilen) | CSB | 17.550 | 1720 | 90.2 |
| Cu | 26.7 | 0.36 | 98.7 |
| Zn | 11.8 | 0.21 | 98.3 |
| Scheibenschleifen (Kugelpolieren) | CSB | 13.720 | 1411 | 89.8 |
| Cu | 234.1 | 1.05 | 99.6 |
| Zn | 133.4 | 0.24 | 99.8 |
| Scheibenschleifen (chemisch beschleunigt) | CSB | 32.800 | 1620 | 95.5 |
| Fe | 401 | 2 | 99.9 |
| Zn | 0.54 | 0.01 | 99.9 |
| Phosphor | 5.7 | 0.5 | 99.9 |
| mechanische Produktion | BSB | 1.300 | 940 | 92.7 |
| Phosphor | 30 | 1 | 96.7 |
| Cu | 1.02 | 0.02 | 98 |
| Ni | 1.7 | 0.18 | 99 |
| Zn | 0.92 | 0.05 | 94.5 |
| KW | 3.500 | 0.39 | 99.9 |
| Oberflächenbehandlung | Cr | 863 | 1.04 | 99.9 |
-
Man
beachte, dass der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff
Wasser oder Abwasser ohne Beschränkung Kanalwasser, Meerwasser,
Seewasser, Flußwasser, industrielles Abwasser, Haushalts-Abwasser
und dergleichen umfaßt.
-
Die
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann abhängig
von der Anwendung variieren. Beispielhafte Anwendungen zum Einsatz
der Erfindung in der Praxis umfassen, sind jedoch nicht beschränkt
auf, eine Vorbehandlung von Wasser oder Abwasser vor einer Entsalzung
zum Entfernen von Partikeln und zum Beschützen der stromabwärtigen
Prozesse vor Beschädigung oder Faulen. Bei Umkehrosmose,
Elektrodialyse oder dergleichen wird das Wasser oder Abwasser vorbehandelt,
indem das Wasser oder Abwasser in das Gerät der vorliegenden
Erfindung kanalisiert wird, um Partikel zu entfernen, die die Membranen
verstopfen würden. Dies ist besonders nützlich,
um Brackwasser unter Verwendung von Umkehrosmose zu behandeln, da
Umkehrosmose sehr empfindlich ist für den hohen Silikatgehalt,
der im Brackwasser vorhanden ist. Als ein Ergebnis besserer Vorbehandlung
arbeiten Umkehrosmosemembranen effektiver. Außerdem verlängert
sich die Lebensdauer des Systems, da Faulprozesse, Ablagerungen
und Membranverstopfungen minimiert werden.
-
Während
diese Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen
davon beschrieben worden ist, versteht es sich, dass sie weiter
abgewandelt werden kann. Diese Anmeldung soll alle Variationen,
Anwendungen oder Anpassungen der Erfindung abdecken, die im allgemeinen
den Prinzipien der Erfindung folgen und solche Abwandlungen der
vorliegenden Offenbarung umfassen, die zur bekannten oder üblichen
Praxis innerhalb des Gebietes gehören, dem die Erfindung
angehört, und wie sie auf die oben beschriebenen wesentlichen
Merkmale angewandt werden können.
-
Da
die Erfindung in verschiedenen Formen verkörpert sein kann,
ohne vom Geist der wesentlichen Eigenschaften der Erfindung abzuweichen,
versteht es sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen die
Erfindung nicht beschränken sollen, sofern es nicht anders
erwähnt ist, sondern stattdessen breit innerhalb des Geistes
und Umfangs der Erfindung auszulegen sind, wie sie in den beigefügten
Ansprüchen definiert ist. Verschiedene Modifikationen und äquivalente
Gestaltungen sollen innerhalb des Geistes und Umfangs der Erfindung
und der beigefügten Ansprüche umfaßt
sein. Daher sollen die speziellen Ausführungsformen als
Erläuterung der zahlreichen Wege verstanden werden, gemäß denen
die Prinzipien der vorliegenden Erfindung praktiziert werden können.
In den folgenden Ansprüchen sollen Mittel-plus-Funktion-Formulierungen (means-plus-function)
Strukturen als die definierte Funktion ausübend abdecken
und nicht nur strukturelle Äquivalente, sondern auch äquivalente
Strukturen. Obwohl beispielsweise ein Nagel und eine Schraube keine strukturellen Äquivalente
sein mögen, da ein Nagel eine zylindrische Oberfläche
verwendet, um Holzteile aneinander zu befestigen, wohingegen eine
Schraube eine Helixoberfläche verwendet, um Holzteile aneinander zu
befestigen, sind ein Nagel und eine Schraube auf dem Gebiet der
Befestigung von Holzteilen äquivalente Strukturen.
-
Wenn
in dieser Beschreibung ”umfaßt/umfassend” verwendet
wird, so soll dies das Vorhandensein der genannten Merkmale, Zahlen,
Schritte oder Komponenten bezeichnen, jedoch nicht das Vorhandensein
oder die Hinzufügung von ein oder mehr anderen Merkmalen,
Zahlen, Schritten, Komponenten oder Gruppen davon ausschließen.
-
Zusammenfassung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät
zur Behandlung von Wasser oder Abwasser zum Trinken und/oder zur
industriellen Verwendung. Das Verfahren und das Gerät umfaßt
eine Mehrzahl von vertikal positionierten Elektroden 2a und 2b,
die in einer Behandlungskammer 3 platziert sind, wobei die
Elektroden miteinander verbunden sind. Die positiven und negativen
Elektroden sind zwischen sich isoliert. Die Polarität der
Gleichstromversorgung ist in regelmäßigen Intervallen
veränderbar, um eine Passivierung der Elektroden beim Erreichen
einer gleichmäßigen Abrasion zu verhindern. Der
Strom kann vorzugsweise pulsierend sein. Um die Stromdichte zwischen
den Elektroden auf einem gewünschten Wert halten zu können,
wird die effizienteste mögliche Elektrolyse mittels eines
minimalen Gesamtstroms erreicht, wobei der Zwischenraum zwischen
den Elektroden einstellbar ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 655977 [0007]
- - US 6325916 [0009]
- - US 6740245 [0010]
- - US 4149953 [0012]
- - US 6793801 [0013]
- - US 6923901 [0014]
- - US 6613201 [0015]
- - US 6849178 [0016]
- - US 6122599 [0017]
- - US 6338789 [0018]
- - US 4104142 [0019]
- - US 3944478 [0020]
- - US 6689271 [0021]
- - US 6315887 [0022]
- - US 6294061 [0023]
- - US 6274028 [0024]
- - US 6126838 [0025]
- - US 5928493 [0026]
- - US 4770755 [0027]
- - US 4623436 [0028]
- - US 4181591 [0029]
- - DE 69021388 T2 [0030]
- - DE 10046959 A1 [0030]
- - DE 4330518 A1 [0030]
- - DE 5474748 A [0030]
- - EP 0701972 A1 [0030]