Verfahren zur Wasserreinigung
durch Elektrolyse
mit angreifbaren Anodenoder
durch galvanische Elemente
Das
Ziel der Wasserreinigung
ist eine Verbesserung
des 17assersi im
Ideal-
fall ohne daß nach der Aufbereitung zusätzlich
Stoffe
im
gereinigten
Iaaser enthalten sind.
Dieser Fall
ist z.B, beim
physikalischen
Verfahren
der Filtration verwirklicht, wobei das so gereinigte
Wasser noch die
vorher gelöetan Stoffe
enthält und nicht keimfrei
ist. Mit Hilfe der
Elektrolyse mit oder ohne Elektrodialyse
und Elektrophorese kann man manche Ionenarten
wie C1-! 804~t Cups
Pa++ unaohweri
andere wie Nag
mit Kunstgriffen
abscheiden oder
beseitigen. Nichtelektrolyte bleiben
dabei unberührt.
Außerdem begrenzt
bei diesem und den folgenden Verfahren
die Kostenfrage
eine umfassende
Anwendung. Wirkung
und dnwendungebereioh
der Vtassardestillation sind
bekannt.
Unter den chemischen Verfahren ist
die Vollentsalzung
durch Ionenauetauschers
wobei Nichtelektrolyte unberührt bleibenx
sowie
die Eisen-
absoheidung aus eistonhaltigen Aässern
mittels
Inftoyydation
und Absoheidung
des anfallenden Einen(III)-hydroxids
auf Kieselsteinen bekannt.
Häufig muß man jedoch
zu Stoffzusätzen
greifeng um
die gewünschte '.1taeserreinigung
zu erreichen.
Hier genügt
dem geforderten Idealfall
noch der
Ozonzusatz
zur Keimfreimachung
von Trinkwassers
während schon bei der
Chlorung
nachher ein Teil
noch als Chlor oder In Porm
von allerdings
oft
harmlosen Chlorionen im
Wasser gefunden wird.
| Bai dem gebräuchlichen Zusatz von Plockungsmittelx wie Eisenchlorid |
| oder Aluminiumsulfat in Freibädern oder Kläranlagen jedoch
nimmt man |
| wagen dar arwüxsohten Reinigungswirkung einen unvermeidlich
scheinenden |
| bleibenden Stoffausatz in Kauf.. Deshalb kann dieses Reinigungsmittel |
| auch bei dar Trinkwassarauf beraittung nur zusammen mit
großem Aufwand |
| (z.H. Austauschfiltration über dickere Bodaneohichten) benützt
worden. |
| Die zugesetzten Eise- oder Aluminiumsalza worden bai-d»-Vardiimume |
| durch Wass« hydrolytisch gespalten in flookigeg voluminöse
und adsorp- . |
| tionsaktive Niederschläge von Sisenoxid-bydrat bzw. Aluminiumozid-4iydrat |
| einerseits und stark verdünnter Salzsäure bzw. Schwefelsäure
andrerseits. |
| Die Mefialloxid-hydratniedersohläge ballern Sohwebestoffo,
Bakterien |
| und andere Keime, ja sogar gelöste 19lekWo1y"
Und Nichtelektrolyte |
| zu größeren absoheidbaaen hlookes, welche so dusch »sitzenlassen |
| oder in Filtern absoheidbar gemacht werden. Die gleiohaeitig
:ugegebo- |
| aen uionen wie Chlorid- b$w. 8ulfationen jedoch werden großenteils |
| im gereinigten Wasser gofuul«. |
| Bei vorliegendem Verfahren w«doa die Vorteils dos I'lookuagamittel |
| benützt, in ihrer Wirkung und Anwendung sogar mooh üborrasohend
Hestoi- |
| gart und verbilligt, ohne die Nachteile des bisherigen
Vortahrons in |
| Kauf nehmen zu müeeen. |
| Das zu reinigende Wasser wird dabei einer Blektrolyse
unterworfen, |
| wobei orfindungegemäß instesondoro nangreifbare Notall-ynodonn
wie |
| Silber, Kupfer, Bloi, Zink, Nag*ium, vor allem aber Misere
und Aluminium |
| einzeln oder in Gemischen oder Legierungen verwendet werden, |
| 1n der Triode gehen dabei in. an sich bekannter Weise die
Metallatome |
| unter Elektronenabgabe in Ioneaform über, |
| z . B . Fe .-.#@ ?e ' + 3 i |
| oder 11 --...@ A1+++ + 3 ä , entsprechend den Normalpotentialen. |
| Gleichzeitig wird an der Kathode die äquivalente
Monde eines eventuell |
| vorhandenen Metalle mit mögliohat hoher Elekiwronenaftinität
abgeschie- |
| den, so daß bei angelegter ßleiohapanzung Metalle wie Silber,
Kupfer, |
| Blei und auch Zink aus dem Wasser entfernt werden
könneng in den |
| meinten Fällen aber setzt bei Normalapaztusgen über
- 0,8¢ Volt eine |
| Wasserzersetzung ein, wobei außer Wasseretotfgas Hydroxrlione:
entstehest |
| 2 H20 --+ H2 + 2 Dir , und zwar in jedem Augenblick in |
| genau äquivalenter Menge tau den a»diseh entstehendes Metallionen,
wo- |
| duro4: diese im weiteren Verlauf als Notalloadd-mrdrate
ausgefällt |
| worden und nach Ausführung ihrer Plookungsfunküos wieder
in übliehea |
| Weise aus dem Wasser entterabar sind. |
| Der weitere Vorteil gegenüber dem übliohea iloekabgaverfahren
ist |
| außer des Tat$aohe, daß das Wasser »oh dem Reisiguagsvartahren |
| k o i n e a Stoff zusätzlich es*hglt, dsß das Wasser au
jedes Zeit |
| insgesamt seinen p&-Wert b*ilt, also eine äquivalente
Laugenzudosierubg |
| überflüssig ist, wogegen des pEr.Wirt üblicherweise mehr
oder weniger |
| zu niedrigeren pH-Wertes verschoben wird. |
| Die Anwendung von Gleichspannung an den Elektrodenpaaren
bietet in |
| manchen Pällan Vorteile. 8o kann z. B. bei beschränktem
Raum eine |
| größere Wassermenge trotzdem günstig gereinigt werdenp indem
Boden |
| und/oder Wände des Wasserbehältereg Wasserrohrs oder
Kanals zur nicht |
| angreifbaren Kathode gemacht werden und das als Aalode
gevvtinsohte Metall |
| in seiner @reisgünstigeten Pormy z. H. als Schrott zugeführt
wird, |
| wobei nur durch geeignete Isolation darauf zu achten
ist, daß beide |
| Elektroden sich nie an einer Stelle berühren können. |
| Es hat sich gezeigt, daß die erstaunlichen Reinigungseffekte
auch ein- |
| tretent wenn Wechselspannung an die Elektroden angelegt
wird. Bei |
| Wechselstrom von 50 Hertz entstehen in der einen
hundertstel Sekunde |
| an einer Elektrode Netallionenp und in der nächsten hundertstel
Sekun- |
| de scheidet sich ein Teil davon wieder auf derselben Elektrode
ab$ |
| für den Rest entsteht die genau äquivalente Menge Hydroxylionen.
Der |
| Nachteil, daß man mit Wechselstrom kaum die theoretische
Menge Metall- |
| oxid hxdrat erhältp stehen an Vorzügen gegenüberl daß
der Gleichrichter |
| wegfällt, daß sich der pH-Wert des Wassers such in
Elektrodennähe nicht |
| änderte daß hier such Aluminiumelektroden ohne die Erschwernis
einer |
| anodisohen Bloxd.erung benützt werden könneng
und daß man für Spezial- |
| effekte zwei verschiedene Metallelektroden oder auch
eiz-,Kohle-Metall- |
| Flektrodenpaar anwenden kann. |
| Ein gewisser $einigungseffekt ist sogar zu findeng wenn
man unangreif- |
| bare luoden, wie Kohle- oder Platinelektroden bei der Gleich-
bzw. |
| Weohselstromelektrolyse benützt. Diese Erscheinung kann
vielleicht |
| mit der inderung der Ladungsverhältnisse bei vorhandenen
Kolloiden oder |
| Keimen erklärt werden. |
| Es ist auch möglich, die gewünschten Netalloxidhydrate ohne
Zufuhr von |
| elektrischer Energie $u erhaltene indem das gewünschte Metall
mit einer |
| Gegenelektrode höherer Elektronenaffinität zu einer Art
galvanischem |
| Element geschaltet wird. Das zu reinigende Wasser bildet
den Elektrolyten |
| und wird vorteilhafterweise in starker Bewegung gehalten.
So löst |
| sich z.B. eine Eisenplatte auf, die mit einer Kohle4platte
leitend |
| verbunden istg renn beide in Wasser eintauchen; und zwar
umso rascher, |
| je stärker das Wasser durch Elektrolyte verunreinigt
ist. Hierbei wird |
| noch eloktrinohe &uergie in den Außenkreis abgegeben. |
| Überhaupt wird das Begelungsproblem bei den Verfahren vorliegender
Er- |
| findung stark vereinfaoht# da höherer Versohmutzungegrad
durch die sich |
| einstellende höhere Stromstärke, und ansteigende Wassermenge
durch Über- |
| flutung vorher unbespülir Seservefläohen an Elektroden sekttätig
kom- |
| pensiert@werden. |
| 1. Beispiels In den 40 cm breiten Kanal einer
Kläranlage, der das Wasser |
| von den Belebtsohlammbecken zu den Naohklärbecken führt,
oder auch an |
| beliebigen anderen Stellen der Anlage oberhalb des Abflusses
in den Vor- |
| fluter, werden Elektrodenpaare aus Eisen eingesetzt. Bei
einem kurzen |
| Kanal mit niedriger Wasserführung zwischen 8 und 38 cm ist
horizontale |
| Anordnung vorteilhaft (Seitenansicht Abb. 1), um die notwendige
Elek- |
| trodenfläche zu erreichen. Lu die horizontalen Eisenelektroden
werden . |
| möglichst breite senkrecht dazu stehende Bleche zur Stromzuführung |
| angeschweißt, welche z. B. durch Anstrich gegen das Wasser
isoliert |
| werden. Die Distanz von etwa 1 cm wird durch Spangen aus
Isolierstoff I |
| gehalten, welche den Wasserdurohfluß unter, zwischen und
über den |
| Elektrodenpaaren möglichst wenig hemmen (Kanalquerschnitt
Abb. 2). Um |
| die Blektrolyseleistung mit der Wasserführung zu koordinieren,
sind |
| die paare auf stufenförmig ansteigenden schmalen Unterlagen
aufgelegt |
| (#bb. 1). Über dicke Stromschienen werden die entsprechenden
Elektroden |
| parallel geschaltet und an eine leistungsstarke Weohselspannungequelli |
| angeschlossen. Über etwa 1,5 m2 einfache Blektrodenfläche
fließen bei |
| 5 Volt angelegter Spannung etwa 70 Amplre. Die Stromstärke
ist vom |
| Elektrolytgehalt des zu reinigenden Wassers nicht stark
abhängig, da |
| bei 5 Volt bereits Wasserzerlegung eingesetzt hat. Selbst
bei einen |
| Durohfluß von über 40 Liter pro »=de ist iioeh eine Reinigungswirkung |
| festzustellens Der Belebtschlamm setzt sich rascher und
vollständiger |
| ab, das überstehende Wasser ist heller und klarer und
der GesamtrUek- |
| stand ist (Eintrocknung bei 110°Q) deutlich niedriger als
unbehandelt. |
| z. Beispiels Anstelle der oberen Elektrode im 1.
Beispiel wird ein |
| etwa quaderförmiger Formling aus Metallschrott hoehkant
gestellt und |
| durch genügend viele Isolierstreifen I, die den Watserfluß
zwischen |
| beiden Elektroden möglichst wenig hemmen, für zuverlässige
Isolierung |
| gesorgt (Kanalquerschnitt Abb. 3). Der positive pol einer
Gleiohepannungs- |
| quelle wird mit dem Metallschrott leitend verbunden. Die
Abtskung des |
| Metalls erfolgt nun stets an den Stellen, welche der negativen
Blektrodl, |
| die auch aus Graphit bestehen kann, am nächsten kommt. Der
Verbrauch |
| wird durch den nachsinkenden Klotz stets selbständig kompensiert. |
| 3. Beispiels Ar der Stelle eines zu reinigenden Wasserlaufs,
welche |
| oberhalb einer beckenförmigen Erweiterung liegt, die zum
Absetzen und |
| späteren Ausräumen der Metalli0imoxid-hydratniedersehläge
geeignet ist, |
| werden parallel zur Fließrichtung eine Reihe blockförmiger
Elektroden, |
deren Metall
je nach Reinigungsaufgabe ausgewählt wird,
hochkant eingestellt (Draufsicht Abb.
4). Sie werden nach Art der Plattensätze
eines
Akkumulators zusammengeschaltet
und an eine
Gleich- oder Wechaelspannungequelle
angeschlossen. 4iBeispiels p
In das flansohbare
Stück Metallrohr einer
Freibadanlage mit Umwälzung oder einer Trinkwasserversorgungsanlage wird an zwei
Stellen ein Isolierring eingepresst,
welcher mit nach innen stehenden
Hökern
zur Distanzhaltung
versehen ist (Rohrquerschnitt Abb. 5).
Zwischen diese wird ein Aluminium-
oder Eisenstab eingeführt,
der an
einer
oder mehreren
Stellen mit geschützten Stromzuführungen
verbunden wird. Die isolierte durch die Außenwand erfo+ wie üblich
je nach
Druckbedingungen. Dann
wird das negw#i
äußere Metallrohr
mit
dem negativen, aler innere Metallstab
mit dem positiven Pol
einer Gleiohspannungequelle
verbunden. Dadurch wird gleichzeitig ein
kathodisoher Korrosionsschutz
den Lußenzdirs erreicht.
Die Abtrennung
der schmutzbeladenen Metallöxid-hydratniederaohläge erfolgt in einem Quarzsandfliter
oder e"em
Wasserbehälter.
5. Beispiels In das zu reinigende,
möglichst bewegte Wasser wird eine Aluminium-
und eine
Kohleelektrode
eingebracht und leitend verbunden.
Die Aluminiumatome
geben ihre Elektronen
über die leitende Verbindung
an die Kohlelektrode ab, an welcher eine
Hutladung
von elektronega-
tiven Ionen bzw, eine Wasserzerlegung stattfindet.
Die entstandenen Aluminiumionen
bilden wieder aktive Metalloxid-hydratniedersohläge.
Besonders einfach,
wenn auch wenig leistungsfähig gestaltet sich das
Yerfahren#
wenn
auf eine
auf dem Boden liegende Kohleplatte
metallisches
Einen
gepreßt wird,
so daß ein guter Kontakt
zwischen beiden entsteht.
| i n w e n d u n g können die vorgelegten Verfahren
finden zur aus- |
| aohließliohen oder vervollständigenden Reinigung aller Arten
von Wasser, |
| wie Trink-, Bade-, Brauoh-,Lbwanser. ünempfindliohe Arbeitsweine,
Wahl- |
| möglichkeiten an Elektroden, Stromart, Spannungen und Stromdichten, |
| selbsttätige Regelung von Stromstärken und
Blektrodennaohlieferung |
| lassen breite und spezielle Lösungen der brenneden Waaserreinigungn- |
| probleme zu. So wird man z.B. bei der Reinigung von Badewasser
im |
| Umlaufverfahren und naeh Prüfung der ioxisohen Auswirkungen
auch bei |
| Trinkwasser Aluminiumelektroden verwendent während
man bei ibwaaner- ' |
| reinigung in einer B'lebtaohlsmmanlage zu Einen oder gar
Kohleanoden |
| greift, um durch die fäulnishemmenden, antiseptischen
Aluminiumverbin- |
| dungen nicht den Belebtaohlamm oder die Netäanbakterien
im Faulturm |
| zu aohädigen. |