DE19536882B4 - Process for reducing harmful impurities - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur elektrochemischen Oxidation und/oder Reduktion von in Substraten
oder Medien gelösten
und/oder sorbierten Schadstoffen in der zumindest zeitweiligen Gegenwart
eines künstlichen
elektrischen Potentialfeldes, mit den folgenden Schritten:
Die
Substrate oder Medien werden künstlich
(a) mit einer wässrigen
Lösung
einer Eisen- und/oder Manganverbindung und/oder (b) mit einer wässrigen
Huminatlösung durchspült,
danach
werden die in der Lösung
vorhandenen Anteile von Eisen und/oder Mangan und/oder Huminstoff
auf chemischem oder elektrochemischem Weg in dem Substrat oder Medium
zur Ausfällung
gebracht und
anschließend
erfolgt die Oxidation und/oder Reduktion der Schadstoffe in Anwesenheit
des zumindest zeitweilig vorhandenen künstlichen elektrischen Potentialfeldes.Process for the electrochemical oxidation and / or reduction of pollutants dissolved and / or sorbed in substrates or media in the at least temporary presence of an artificial electric potential field, comprising the following steps:
The substrates or media are rinsed artificially (a) with an aqueous solution of an iron and / or manganese compound and / or (b) with an aqueous humate solution,
Thereafter, the present in the solution of iron and / or manganese and / or humic substance are brought by chemical or electrochemical means in the substrate or medium to precipitate, and
Subsequently, the oxidation and / or reduction of the pollutants takes place in the presence of the at least temporarily existing artificial electric potential field.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Oxidation und/oder Reduktion von in Substraten oder Medien gelösten und/oder sorbierten Schadstoffen in der zumindest zeitweiligen Gegenwart eines künstlichen elektrischen Potentialfeldes.The The invention relates to a process for electrochemical oxidation and / or reduction of dissolved in substrates or media and / or sorbed pollutants in the at least temporary presence an artificial one electric potential field.
Ein
Verfahren zur elektrochemischen Oxidation und/oder Reduktion von
in Substraten oder Medien gelösten
und/oder sorbierten Schadstoffen ist in der früher angemeldeten, aber später veröffentlichten
Ein solches Verfahren ist auch in der WO 95/01232 A1 beschrieben. Demnach wird eine in einem zu dekontaminierenden Erdreich befindliche Behandlungszone aus in einzeln ausgezählten Stoffklassen einem elektrischen Feld ausgesetzt.One such method is also described in WO 95/01232 A1. Therefore becomes a treatment zone in a soil to be decontaminated from in individually counted Substances exposed to an electric field.
Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, dieses Verfahren zu verbessern.The Invention is based on the object to improve this method.
Daher
sieht das Verfahren erfindungsgemäß die folgenden Schritte vor:
Die
Substrate oder Medien werden künstlich
(a) mit einer wässrigen
Lösung
einer Eisen- und/oder Manganverbindung und/oder (b) mit einer wässrigen
Huminatlösung
durchspült,
danach
werden die in der Lösung
vorhandenen Anteile von Eisen und/oder Mangan und/oder Huminstoff
auf chemischem oder elektrochemischem Weg in dem Substrat oder Medium
zur Ausfällung
gebracht und
anschließend
erfolgt die Oxidation und/oder Reduktion der Schadstoffe in Anwesenheit
des zumindest zeitweilig vorhandenen künstlichen elektrischen Potentialfeldes.Therefore, the method according to the invention provides the following steps:
The substrates or media are rinsed artificially (a) with an aqueous solution of an iron and / or manganese compound and / or (b) with an aqueous humate solution,
Thereafter, the present in the solution of iron and / or manganese and / or humic substance are brought by chemical or electrochemical means in the substrate or medium to precipitate, and
Subsequently, the oxidation and / or reduction of the pollutants takes place in the presence of the at least temporarily existing artificial electric potential field.
Es sind weitere Verfahren zur elektrochemischen Stoffumsetzung in der Gegenwart wässriger Elektrolyte bekannt geworden, denen eines oder mehrere der im folgenden genannten Wirkprinzipien zugrundeliegen: It are other methods of electrochemical material conversion in the Presence of aqueous electrolytes become known, which one or more of the following Underlying principles of action:
1. Verfahren unter Anwendung elektronenleitfähiger Katalysator-Partikel in der Gegenwart natürlicher elektrischer Potentialdifferenzen:1. Method under use electron-conductive catalyst particles in the presence of natural electrical Potential differences:
Reaktionen unter dem Einfluß natürlicher elektrischer Felder, deren Potential durch die Differenz zwischen Elektronendonorpotential und Elektronenakzeptorpotential der Reaktanten festgelegt ist, können an solchen Katalysator(=Elektrode)-Partikeln ablaufen, die außer ihrer Elektronenleitfähigkeit Rezeptorfunktionen für die Elektronenübernahme (anodisch wirksame Funktionen) sowie Elektronenübergabe (kathodisch wirksame Funktionen) vom Elektronendonorreaktanten bzw. an den Elektronenakzeptorreaktanten enthalten. Die Katalysatorpartikel enthalten also kathodisch und anodisch wirksame Funktionen. Beispiele für diese Verfahren sind:
- – Halogenmineralisation von Halogen-Kohlenstoffverbindungen an mit Edelmetallen oder Graphit dotierten Unedelmetallen. Dabei fungieren: Halogen-Kohlenstoffverbindung als Elektronenakzeptorreaktant, Unedelmetall als Elektronendonorreaktant, Edelmetall oder Graphit als Elektrodenpartikel.
- – Schwefelwasserstoffoxidation an Aktivkohle. Dabei fungieren: Sauerstoff als Elektronenakzeptorreaktant, Schwefelwasserstoff als Elektronendonorreaktant, Aktivkohle als Elektrodenpartikel.
- – Zementation. Dabei fungieren: KupferII-Kationen als Elektronenakzeptorreaktant, Eisen als Elektronendonorreaktant, Kupfer als Elektrodenpartikel.
- – Photographischer Entwicklungsprozeß. Dabei fungieren: Silberkation als Elektronenakzeptorreaktant, Thiosulfatanion als Elektronendonorreaktant, Silberkeim als Elektrodenpartikel.
- - Halogen mineralization of halogen-carbon compounds on precious metals or graphite-doped base metals. In this case function: halogen-carbon compound as Elektronenakzeptorreaktant, base metal as Elektronendonorreaktant, precious metal or graphite as electrode particles.
- - Hydrogen sulfide oxidation on activated carbon. Oxygen acts as an electron acceptor reactant, hydrogen sulfide as an electron donor reactant, activated carbon as an electrode particle.
- - cementation. The following functions are used: copper II cations as electron acceptor reactants, iron as electron donor reactants, copper as electrode particles.
- - Photographic development process. In this case act: silver cation as Elektronenakzeptorreaktant, Thiosulfatanion as Elektronendonorreaktant, silver seed as electrode particles.
2. Verfahren unter Anwendung elektronenleitfähiger Elektroden(-Partikel) in der Gegenwart künstlicher elektrischer Potentialdifferenzen:2. Method using Electron-conductive electrodes (particles) in the presence of artificial electrical Potential differences:
Reaktionen unter dem Einfluß künstlicher elektrischer Felder, deren Potential beliebig nach den Erfordernissen festgelegt werden kann, können an solchen Elektroden (=Katalysatoren) ablaufen, die außer ihrer Elektronenleitfähigkeit Rezeptorfunktionen für die Elektronenübernahme (an der Anode) sowie Elektronenübergabe (an der Kathode) vom Elektronendonorreaktanten bzw. an den Elektronenakzeptorreaktanten enthalten.Beispiele für diese Verfahren sind
- – Chlor-Alkali-Elektrolyse. Dabei fungieren: Natriumkationen als Elektronenakzeptorreaktant, Chloridanionen als Elektronendonorreaktant, Quecksilber als Rezeptor für den Elektronenakzeptorreaktant (Kathode), Graphit als Rezeptor für den Elektronendonorreaktant (Anode).
- – Wasserelektrolyse. Dabei fungieren: Natriumkationen als Elektronenakzeptorreaktant, Hydroxylanionen als Elektronendonorreaktant, Eisen als Rezeptor für den Elektronenakzeptorreaktant (Kathode), Nickel als Rezeptor für den Elektronendonorreaktant (Anode).
- – Elektrolytische Verzinnung. Dabei fungieren: Zinn-II-Kationen als Elektronenakzeptorreaktant, Zinn als Elektronendonorreaktant, Stahlblech als Rezeptor für den Elektronenakzeptorreaktant (Kathode = zu verzinnender Gegenstand), Zinn als Rezeptor für den Elektronendonorreaktant (Anode = "Opferanode").
- - Chlor-alkali electrolysis. In this function: sodium cations as Elektronenakzeptorreaktant, chloride anions as electron donor reactant, mercury as a receptor for the Elektronenakzeptorreaktant (cathode), graphite as a receptor for the electron donor reactant (anode).
- - Water electrolysis. Here: sodium cations act as an electron acceptor reactant, hydroxyl anions as an electron donor reactant, iron as a receptor for the electron acceptor reactant (cathode), nickel as a receptor for the electron donor reactant (anode).
- - electrolytic tinning. Act as: Tin II cations as Elektronenakzeptorreaktant, tin as Elektronendonorreaktant, steel sheet as a receptor for the Elektronenakzeptorreaktant (cathode = object to be tinned), tin as a receptor for the electron donor reactant (anode = "sacrificial anode").
3. Verfahren unter Anwendung von Elektronen-Halbleiter-Katalysator-Partikeln in der Gegenwart künstlicher elektrischer Potentialdifferenzen:3. Method under use of electron-semiconductor catalyst particles in the presence artificial electrical potential differences:
Elektronenhalbleiter werden unter dem Einfluß hinreichend energiereicher elektrischer Feldkomponenten, wie sie auch die kurzwellige Lichtstrahlung enthält, elektronenleitfähig. Dazu gehören Stoffe wie Titandioxid, Zirkondioxid, Schwermetalloxide, Farbstoffe und Huminstoff Durch kurzwellige Photonen können in diesen Stoffen ortsbewegliche reaktive Ladungstrennungszustände hergestellt werden, wobei diese als Rezeptorfunktionen für Elektronendonorreaktanten (anodisch wirksame Funktionen sind die positiv geladenen Funktionen) und Elektronenakzeptorreaktanten (kathodisch wirksame Funktionen sind die negativ geladenen Funktionen) wirken. Diese im bestrahlten Zustand wirksamen Halbleiterkatalysatoren können zur Wasserzerlegung in Wasserstoff und Sauerstoff und auch zur reduktiven oder oxidativen Schadstoffbeseitigung eingesetzt werden. Neuerlich wurde veröffentlicht, daß die bestrahlten Halbleiter dann, wenn sie zusätzlich der Wirkung einer künstlichen Potentialdifferenz ausgesetzt sind, weitaus wirksamere Katalysatoren sind.Ein Beispiel für dieses Verfahren mit zusätzlich aufgeprägtem elektrischen Potentialgefälle ist der
- – Abbau organischer Schadstoffe mit Sauerstoff Dabei fungieren Sauerstoff als Elektronenakzeptorreaktant, Organischer Schadstoff als Elektronendonorreaktant, Titandioxid als Elektrodenpartikel.
- - Degradation of organic pollutants with oxygen Here, oxygen act as an electron acceptor reactant, organic pollutant as an electron donor reactant, titanium dioxide as an electrode particle.
Das Verfahren der sog. Geooxidation, das von der Firma P + P Geotechnik, Stuttgart vertrieben wird, ist vielleicht eine Kombination der genannten Wirkungsprinzipien: Zur Beseitigung von Schadstoffen im Erdreich werden dabei Metallelektroden in das Erdreich eingeführt, zwischen denen ein Gleichspannungsfeld aufgebaut wird. Bei einem Mindest-Potentialgefälle von ca. 1,2 V/m bis 2 V/m Elektrodenabstand beginnt die Bodenwasser- bzw. Grundwasser-Elektrolyse. Das Betriebsoptimum liegt bei 3 A/m2 Elektrodenoberfläche. Dabei erfolgt der Schadstoffabbau im Boden oxidativ und reduktiv hauptsächlich im Bereich zwischen den Elektroden und nicht, wie zunächst bei der Erwartung elektrisch isolierender also nichtleitender Mineralpartikel wie Quarz zu erwarten gewesen wäre, an den Elektroden. Als Erklärung hierfür wird die bipolare Polarisierung jeden Bodenpartikels postuliert und die Ursache in dem Schwermetall-Gehalt der Bodenpartikel vermutet (Firmenschrift der P + P GmbH).The Process of so-called geo-oxidation, carried out by P + P Geotechnik, Stuttgart is perhaps a combination of the aforementioned principles of action: For the removal of pollutants in the soil thereby metal electrodes introduced into the soil, between which a DC field is built. At a Minimum potential gradient from approx. 1.2 V / m to 2 V / m electrode distance, the soil water or groundwater electrolysis. The optimum operating level is 3 A / m2 Electrode surface. The pollutant degradation in the soil takes place oxidatively and reductively mainly in the area between the electrodes and not, as at first the expectation of electrically insulating so non-conductive mineral particles as quartz would have been expected at the electrodes. As explanation therefor the bipolar polarization of each soil particle is postulated and suspected the cause in the heavy metal content of the soil particles (Company publication of P + P GmbH).
Unter
der Voraussetzung eines Halbleitergehaltes in oder an Partikeloberflächen kann
dagegen die folgende Hypothese entwickelt werden:
Durch die
an den im künstlichen
elektrischen Potentialfeld bipolar geladenen Partikeln möglichen
elektrochemischen Reduktionsprozesse (am kathodischen Partikelpol)
und Oxidationsprozesse (am anodischen Partikelpol) könnten danach
prinzipiell alle drei der genannten Wirkprinzipien am Einzelpartikel des
derart behandelten Bodens bei dem Schadstoffabbau ablaufen:
- 1. Der Prozeß 3 an den durch das künstliche elektrische Feld aktivierten Halbleiter-Partikelelektroden, – falls eine Aktivierung auch ohne zusätzliche Photonenaktivierung möglich ist, was bis jetzt nach dem Stand von Wissenschaft und Technik bis jetzt unbewiesen ist.
- 2. Die Prozesse 1 und 2 an den durch die an den Halbleiterkathoden sich als Folge von Reduktionsreaktionen sich abscheidenden, in Spuren ubiquitär vorhandenen Elemente, mit gehobenem Elektronenakzeptorpotential, wie zB. Nickel oder Kupfer.
By the electrochemical reduction processes (at the cathodic particle pole) and oxidation processes (at the anodic particle pole) which are possible in bipolar fashion in the artificial electric potential field, then in principle all three of the mentioned active principles could take place on the single particle of the soil treated in this way in the pollutant degradation:
- 1. The process 3 to the activated by the artificial electric field semiconductor particle electrodes, - if activation is possible without additional photon activation, which is still unproven until now according to the state of science and technology.
- 2. The processes 1 and 2 at the by the on the semiconductor cathodes are deposited as a result of reduction reactions, in ubiquitously present in tracks elements, with elevated electron acceptor potential, such as. Nickel or copper.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren,
mit dem das sog. Geooxidationsverfahren wesentlich effektiver gestaltet
wird, konnte überraschend
diese Arbeitshypothese bestätigt
werden:
Es hat sich nämlich überraschend
gezeigt, daß durch künstliche
Anreicherung von elektrolythaltigen und wasserhaltigen Fluiden mit
festen Halbleitern, die im Weiteren Aktivstoffe genannt werden,
das sog. Geooxidationsverfahren um ein Mehrfaches effektiver durchgeführt werden
kann und damit auch auf das weite Feld der Wasseraufbereitung, Sediment-
und Schlammbehandlung ausgedehnt werden kann.With the method according to the invention, with which the so-called geooxidation process is designed substantially more effectively, this working hypothesis could be surprisingly confirmed:
It has surprisingly been found that by artificial enrichment of electrolyte-containing and aqueous fluids with solid semiconductors, which are referred to as active substances, the so-called geo-oxidation process can be carried out many times more effectively and thus also on the wide field of water treatment, sediment and sludge treatment can be extended.
Sowohl das sog. Geooxidationsverfahren selbst kann erfindungsgemäß auch dazu benutzt werden, um die Anreicherung mit Aktivstoffen herbeizuführen als auch die bereits bekannten Verfahren zur Anreicherung des Bodens, der Schlämme oder des Wassers mit Aktivstoffen wie anorganischen und/oder organischen Halbleitern.Either The so-called geo-oxidation process itself can also according to the invention be used to bring about the enrichment with active ingredients as also the already known processes for the enrichment of the soil, the mud or the water with active ingredients such as inorganic and / or organic Semiconductors.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Anreicherung mit Aktivstoffen unter Anwendung des sog. Geooxidationsverfahrens geschieht derart, daß das von dem künstlichen elektrischen Potentialfeld durchdrungene Substrat, wie zB. Boden, Schlämme oder Filterkiese mit einer wäßrigen Lösung von Schwermetallverbindungen durchspült wird. Lösungsmittel und Elektrolyt können dabei zB. der natürliche Grundwasserstrom, natürliches Sickerwasser oder auch künstliches Beregnungswasser, Abwasser oder aufzubereitende Grundwässer sein, die mit den Aktivstoff-Precursoren angereichert werden oder diese bereits enthalten.The electrochemical enrichment according to the invention with active substances using the so-called. Geooxidationsverfahrens done in such a way that the penetrated by the artificial electric field potential substrate, such as. Soil, sludge or filter gravel is rinsed with an aqueous solution of heavy metal compounds. Solvent and electrolyte can eg. be the natural groundwater stream, natural leachate or artificial irrigation water, sewage or groundwater to be treated enriched with the active substance precursors or already included.
Durch die elektrochemische Wirkung innerhalb des elektrischen Potentialfeldes werden die Aktivstoffe zur Ausfällung gebracht: An den bipolar polarisierten Aktivstoff Partikeln oder den mit Aktivstoff angereicherten Partikeloberflächen der kathodisch wirksamen Bereiche werden die Aktivstoffe als niederwertige Verbindungen gefällt wie zB. Magnetit. In den anodisch wirksamen Bereichen werden die Schwermetall-Aktivstoffe dagegen als höherwertige Aktivstoffe gefällt wie zB. EisenIIIhydroxid, ManganIVoxid, und ggf noch höherwertige Eisen- und Mangansauerstoffverbindungen.By the electrochemical effect within the electric potential field the active substances are precipitated brought to the bipolar polarized active particles or the active substance-enriched particle surfaces of the cathodically active Areas are like the active substances as low-value compounds like eg. Magnetite. In the anodically active areas, the heavy metal active substances in contrast, as higher active substances like such as. Ferric hydroxide, manganese, and possibly higher valency Iron and manganese oxygen compounds.
Schwermetalle, wie Kupfer und Nickel gehören nicht zu den bevorzugten künstlich angewendeten Aktivstoff-Precursoren; sie sind jedoch in der Regel in geringster Menge in natürlichen Substraten und/oder Medien bereits vorhanden und können kathodisch elementar ausgefällt werden. Zu den bevorzugt eingesetzten Schwermetall-Aktivstoff-Precursoren, die bevorzugt elektrochemisch zur Aktivstoffanreicherung ausgefällt werden zählen die in der Natur weitverbreiteten löslichen Verbindungen des Eisens und/oder Mangans.Heavy metals, like copper and nickel belong not to the preferred artificial applied active precursors; However, they are usually in the least amount in natural Substrates and / or media already present and can be cathodic elementary precipitated become. Among the preferably used heavy metal active substance precursors, which are preferably precipitated electrochemically for Aktivstoffanreicherung counting the soluble compounds of iron and / or widespread in nature Manganese.
Nach einer anderen Variante der erfindungsgemäßen Aktivstoffanreicherung kann so vorgegangen werden, daß der Boden auf chemischem Weg mit den Aktivstoffen angereichert wird und zwar vorzugsweise mit Ocker, einem Oxid-/Hydroxid- Gemisch des 3-wertigen Eisens und/oder einem Oxid/Hydroxid-Gemisch des 4-wertigen Mangans. Das geschieht bevorzugt in der Weise, wie in der Deutschen Offenlegungsschrift 42 42 682.0, Anmeldetag 17.12.92 mitgeteilt wird. Zusätzlich zu den dort angegebenen Vorschlägen zur sauerstoffinduzierten Fällung durch Gaseintrag von Übertage, kann der Sauerstoff auch auf elektrolytischem Wege bei entsprechender Anodenanordnung in das Erdreich gebracht werden. Die Anreicherung von Ocker in anderen Substraten und Medien wie zB. Kiesfiltern zur Wasserreinigung, in Flockulatoren zur Abwasseraufbereitung oder den daraus resultierenden Schlämmen ist hinreichend bekannt. Aber auch die Anreicherung von niederwertigen eisenhaltigen Aktivatoren wie Magnetit oder Eisensulfide in Faulschlammeinrichtungen oder den daraus resultierenden Schlämmen ist hinreichend bekannt.To another variant of the active agent enrichment according to the invention can be proceeded so that the Soil is chemically enriched with the active ingredients and preferably with ocher, an oxide / hydroxide mixture of 3-valent iron and / or an oxide / hydroxide mixture of 4-valent Manganese. This happens preferably in the way, as in the German Published patent application 42 42 682.0, filing date 17.12.92 becomes. additionally to the suggestions given there for oxygen-induced precipitation by gas input from above, can the oxygen also by electrolytic means at appropriate Anode arrangement are brought into the ground. The enrichment from ocher in other substrates and media such as. Gravel filters for water purification, in flocculators for wastewater treatment or the resulting whitewash is well known. But also the enrichment of lower valued ones iron-containing activators such as magnetite or iron sulfides in digested sludge facilities or the resulting sludge is well known.
Zur Anreicherung des Bodens mit Aktivstoffen aus der Klasse der überwiegend organischen Halbleiter und zwar Huminstoff, kann im Einzelnen nach dem in der Deutschen Patentanmeldung P 44 43 828.1 mit Prioritätsdatum vom 19.04.94 und dem in der Deutschen Patentanmeldung P 195 05 200.5 veröffentlichten Verfahren vorgegangen werden. Das geschieht derart, daß der von dem künstlichen elektrischen Potentialfeld durchdrungene oder noch damit zu behandelnde Boden mit einer wäßrigen Huminatlösung durchspült wird. Als Lösungsmittel können dabei zB. der natürliche Grundwasserstrom, natürliches Sickerwasser oder auch künstliches Beregnungswasser angewendet werden, die mit den Huminaten angereichert werden.Dazu wird das Grundwasser oder das Sickerwasser oder künstlich aufgebrachtes Wasser mit Huminat versetzt, das dann durch den Boden gespült wird. Durch Fällung des Huminstoffs aus dem Huminat durch Säure- und/oder mehrwertige Metallkationen im Boden wird die Anreicherung erzielt. Die Anreicherung von Huminstoffen nach deren Fällung zur Flockulation oder zur Schwermetallfällung in Kiesfiltern oder Schlämmen der Wasseraufbereitung ist ebenfalls hinreichend bekannt.Ebenso ist die Anreicherung von Huminstoffen in Einrichtungen der Wasser- bzw. Abwasseraufbereitung bekannt.to Enrichment of soil with active ingredients from the class of predominantly In particular, organic semiconductors, namely humic matter, can be after in German Patent Application P 44 43 828.1 with priority date of 19.04.94 and published in German Patent Application P 195 05 200.5 Proceed procedure. This happens in such a way that the of the artificial one electrical potential field penetrated or yet to be treated Soil is rinsed with an aqueous Huminatlösung. As a solvent can do it eg. the natural one Groundwater flow, natural Leachate or artificial Irrigation water can be applied, which enriched with the huminates For this, the groundwater or leachate or artificial Applied water added with humate, then through the soil rinsed becomes. By precipitation humic acid from humate by acid and / or polyvalent metal cations in the soil, the enrichment is achieved. The accumulation of humic substances after their precipitation for flocculation or heavy metal precipitation in gravel filters or sludges of water treatment is also well known. Likewise, the accumulation of Humic substances in water or wastewater treatment facilities known.
Der so im Grundwasserleiter oder in der ungesättigten Bodenzone oberhalb des Grundwasserspiegels mit Aktivstoffen in der Form sog. Ockerbarrieren oder Huminstoffbarrieren angereicherte Boden oder die genannten aktivstoffangereicherten Filter, Schlämme oder auch die im Wasser suspendierten Aktivstoff enthaltenden Partikel können dann zur Reinigung in einem Potentialfeld gemäß der sog. Geooxidation elektrochemisch gereinigt werden.Dabei ist zu berücksichtigen, daß die elektrochemische Reinigung der Partikelphase selbstverständlich auch mit der Reinigung der Wasser- bzw. Elektrolytphase einhergeht, weil die Partikelphase im sorptionsabhängigen Stoffaustausch mit der Wasserphase steht. Deshalb ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Reinigung der Partikelphase beschränkt, sondern bezieht sich auch auf die fluide Phase.Of the so in the aquifer or in the unsaturated soil zone above of the groundwater level with active substances in the form of so-called ocher barriers or humic barrier-enriched soil or the said active agent-enriched filter, sludge or even in the water suspended particles containing active can then be used for purification a potential field according to the so-called. Geooxidation be electrochemically cleaned. that the electrochemical cleaning of the particle phase, of course, too associated with the purification of the water or electrolyte phase, because the particle phase in the sorption-dependent mass transfer with the Water phase is. Therefore, the inventive method is not on the Purification of the particle phase is limited, but also applies on the fluid phase.
Die Schadstoffentfernung aus den erfindungsgemäß präparierten Medien mit dem Verfahren der geochemischen Oxidation kann dann in an und für sich bekannter Art und Weise vorgenommen werden.. Dabei gelingt es, durch gesteigerte Reaktionsgeschwindigkeiten sowohl Oxidationsprozesse als auch Reduktionsprozesse innerhalb einer wesentlich, zB. bis auf 1/10 verkürzten Zeitspanne durchzuführen. Damit ergibt sich auch die Möglichkeit, zB. solche, ursprünglich zur Grundwassersicherung gesetzte Barrieren, schnell von den adsorptiv oder chemisch gebundenen organischen Schadstoffen durch elektrochemischen Abbau zu reinigen und dadurch zu regenerieren.The Pollutant removal from the inventively prepared media with the method of Geochemical oxidation can then be done in a manner known per se This is achieved by increased reaction rates both oxidation processes and reduction processes within a material, eg. up to 1/10 shortened time span. In order to there is also the possibility eg. such, originally Barriers set for groundwater protection, quickly adsorbed by the or chemically bound organic pollutants by electrochemical To cleanse degradation and thereby regenerate.
Bei den mit dem Aktivstoff Eisenocker oder Magnetit oder Eisensulfiden angereicherten Medien laufen nach dem Aufbau des elektrischen Potentialfeldes die folgenden Veränderungen in der chemischen Aktivstoffzusammensetzung durch die elektrochemische Umsetzung ab: Bipolarisation der Aktivstoffpartikel; Reduktion der kathodischen Bezirke zu niederwertigen Schwermetallverbindungen; dabei kann es bei älteren oder mit den entsprechenden Schwermetallen belasteten Ockerausscheidungen wie zB. in den Ockerbarrieren im Boden oder in Kiesfiltern oder Schlämmen, die bereits mit größeren entsprechenden Schadstoffmengen angereichert sind, zur metallischen Auscheidung von Metallen mit höherem Elektronenakzeptorpotential wie zB. Kupfer oder Nickel aus dem sorbierten Schadstoffinventar kommen; Oxidation der anodischen Partikelbezirke zu III-, IV- und ggf. höherwertigen Schwermetalloxid- verbindungen. Damit wird die ursprünglich relativ homogene Aktivstoffausscheidung in eine fraktale Mikromosaik-Struktur aus reduzierten und oxidierten partikulären Kompartimenten zerlegt, die selbst noch längere Zeit nach Wegnahme des künstlichen Potentialfeldes bezüglich ihrer Schadstoffmineralisations-Wirksamkeit aktiv bleibt.In the case of the media enriched with the active material iron ocher or magnetite or iron sulfides, the following changes in the active chemical composition take place after the electrical potential field has been built up: the bipolarization of the active Fuel Particles; Reduction of cathodic districts to low-grade heavy metal compounds; It may be in older or contaminated with the corresponding heavy metals Ocher such as. in the ocher barriers in the soil or in gravel filters or sludges, which are already enriched with larger corresponding amounts of pollutants, for the metallic excretion of metals with higher electron acceptor potential such as. Copper or nickel come from the sorbed pollutant inventory; Oxidation of the anodic particle districts to III, IV and possibly higher-value heavy metal oxide compounds. Thus, the originally relatively homogeneous Aktivstoffausscheidung is decomposed into a fractal micromosaic structure of reduced and oxidized particulate compartments, which remains active even after a long time after removal of the artificial potential field with respect to their Schadstoffmineralisations effectiveness.
Durch die anodisch ausgefällten metallischen Schwermetalle wird in der Regel die Schadstoffabbau- reaktion wesentlich beschleunigt. Es kann daher vorteilhaft sein, zusätzlich die Halbleiter- Anreicherung mit den diesen Schwermetallen anzureichern.By the anodically precipitated Metallic heavy metals will generally reduce pollutants. reaction significantly accelerated. It may therefore be advantageous additionally to enrich the semiconductor enrichment with these heavy metals.
Bei
den mit dem überwiegend
organischen Aktivstoff Huminstoff angereicherten Medien laufen nach
dem Aufbau des elektrischen Potentialfeldes die folgenden Veränderungen
in der chemischen Aktivstoffzusammensetzung durch die elektrochemische
Umsetzung ab:
Bipolarisation der Huminstoffpartikel; Reduktion
der kathodischen Bezirke zu Elektronen-Donor-Funktionen wie zB.
hydrochinonartige Funktionen, Amin, Ether, Mercaptan, niedrig- bis
nullwertige Schwermetallkomplexe; dabei kann es bei älteren Huminstoffbarrieren,
die bereits mit größeren Schadstoffmengen
angereichert sind, oder dann, wenn die Huminstoffe durch Schwermetallverbindungen,
wie zB. diejenigen des Eisens, angereichert sind, mit denen sie ausgefällt wurden,
zu erheblich höheren
Konzentrationen an Schwermetallfunktionen kommen; daher ist auch
hierbei die kathodische Abscheidung metallischer Phasen möglich; Oxidation
der anodischen Partikelbezirke zu Elektronenakzeptorfunktionen wie zB.
chinoide Funktionen, Ammonium, Oxonium, Disulfid, höherwertige
Schwermetallkomplexe. Damit wird auch die ursprünglich relativ homogene Huminstoffausscheidung
in eine fraktale Mikromosaik-Struktur aus reduzierten und oxidierten
partikulären
Kompartimenten zerlegt, die ebenfalls selbst noch längere Zeit
nach Wegnahme des Potentialfeldes bezüglich ihrer Schadstoffmineralisations-Wirksamkeit
aktiv bleibt.In the case of the media enriched with the predominantly organic active substance humic substance, the following changes in the active chemical composition take place after the electrical potential field has been built up, due to the electrochemical reaction:
Bipolarization of the humic substance particles; Reduction of cathodic districts to electron-donor functions such as. hydroquinone-like functions, amine, ether, mercaptan, low to zero valent heavy metal complexes; It may be in older Huminstoffbarrieren, which are already enriched with larger amounts of pollutants, or if the humic substances by heavy metal compounds, such as. those of the iron, with which they have precipitated, come to significantly higher concentrations of heavy metal functions; Therefore, the cathodic deposition of metallic phases is also possible in this case; Oxidation of the anodic particle districts to electron acceptor functions such as. quinoid functions, ammonium, oxonium, disulfide, higher-value heavy metal complexes. Thus, the originally relatively homogeneous Huminstoffausscheidung is decomposed into a fractal micro mosaic structure of reduced and oxidized particulate compartments, which also remains active for a longer time after removal of the potential field with respect to their Schadstoffmineralisations effectiveness.
In organischen Halbleiter-Aktivstoff angereicherten elektrochemisch behandelten Medien konkurrieren die elektrochemischen Abbauvorgänge der organischen Schadstoffsubstanz mit denen der organischen Aktivstoff-Substanz. Trotzdem ist der Aktivstoff Huminstoff wesentlich resistenter gegenüber dem Abbau als die meisten organischen Schadstoffe wie zB. polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und Aliphaten.In organic semiconductor active enriched electrochemically treated media compete for the electrochemical degradation processes of the organic Pollutant substance with those of the organic active substance. Nevertheless, the active ingredient humic substance is much more resistant to Degradation as most organic pollutants such as. polycyclic aromatic hydrocarbons and aliphatics.
Das Verfahren des elektrochemischen Schadstoffabbau-Verfahrens der Geooxidation in der Gegenwart künstlich mit einem oder mehreren Aktivstoffen angereicherten Partikeln läßt sich also ohne Weiteres auf die Reinigung von Wässern, Sedimenten, Klärschlämmen oder Reststoffen aus der Bodenwäsche erweitern, wobei die gleichen Parameter bezüglich Potentialdifferenz, Stromstärke usw. angewendet werden können. Anders als bei den In-situ-Verfahren kann hierbei das Material zur verbessertenen Schadstoffmineralisation zusätzlich durchbewegt werden.The Method of electrochemical pollutant removal method of geooxidation artificial in the present With one or more active ingredients enriched particles can be So easily on the purification of waters, sediments, sewage sludge or Residues from the floor washing expand, with the same parameters in terms of potential difference, current, etc. can be applied. Unlike the in situ process, this material can be used for improved pollutant mineralization are additionally moved through.
Besonders geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren sind Aktivstoffprecursorhaltige Wässer, die diese Precursor als Huminate, Eisen- oder Manganverbindungen enthalten.Dabei wird die Ausfällung des oder der Aktivatoren aus ihren Precursoren in der herkömmlichen Weise durchgeführt und somit die erfindungsgemäße Aktivatoranreicherung erzielt. In der Regel wird dabei das Rohwasser zusätzlich mit Precursor versetzt. Die danach als festes oder bewegtes Aktivatorbett vorliegende Aktivatoranreicherung kann dann zum elektrochemischen Schadstoffabbau in der genannten Art und Weise mit einem künstlichen elektrischen Potentialfeld behandelt werden.Especially suitable for the inventive method are Aktivstoffprecursorhaltige waters containing these precursors as Huminate, iron or manganese compounds precipitation the activator or activators from their precursors in the conventional Manner performed and thus achieves the Aktivatoranreicherung invention. As a rule, the raw water is additionally mixed with precursor. The then present as a fixed or agitated Aktivatorbett Aktivatoranreicherung can then for electrochemical pollutant degradation in the mentioned Fashion with an artificial one be treated electric potential field.
Wird der natürliche, durch einfache Säureextraktion mobilisierbare Eisen-/Manganhaltige Aktivstoffgehalt eines Bodens oder Sediments von etwa 0,5 g/kg auf 1,5 g/kg angehoben, kann die elektrochemische Schadstoff-Abbaugeschwindigkeit bereits um den Faktor 10 angehoben werden. Wird der natürliche, durch Alkali extrahierbare Huminsäure-Aktivstoffgehalt des Bodens von 0,01 g/kg auf 1 g/kg angehoben, kann die elektrochemische Schadstoff-Abbau- geschwindigkeit um einen Faktor größer 10 angehoben werden.Becomes the natural, by simple acid extraction mobilizable iron- / manganese-containing active substance content of a soil or sediment raised from about 0.5 g / kg to 1.5 g / kg, the electrochemical pollutant degradation rate already around the Factor 10 will be raised. Will be the natural, extractable by alkali Humic acid actives content of the soil of 0.01 g / kg raised to 1 g / kg, the electrochemical Pollutant degradation rate increased by a factor greater than 10 become.
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