DE19618217A1 - Electrochemical treatment has vibrating electrodes - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung ist auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Flüssigkeiten, die Stoffe in gelö ster und/oder in fester Form enthalten mit mindestens zwei Elektro den, die in einem Reaktionsgefäß in die Flüssigkeit eintauchen und die zwischen sich nach Anlegen einer äußeren elektrischen Spannung in der Flüssigkeit durch Ionenleitung einen elektrischen Stromfluß auf bauen, gerichtet.The invention relates to a method and an apparatus for electrochemical treatment of liquids containing substances in dissolved contain and / or in solid form with at least two electrical those immersed in the liquid in a reaction vessel and the between themselves after applying an external electrical voltage in the liquid has an electrical current flow through ion conduction build, directed.
Bei derartigen Elektrolyse-Verfahren, bei denen elektrische Ladungen durch Ionen der Flüssigkeit (Elektrolyt) zwischen Elektroden trans portiert werden, sind unterschiedliche Ziele und Ergebnisse bekannt.In such electrolysis processes in which electrical charges by ions of the liquid (electrolyte) between electrodes trans ported, different goals and results are known.
So kann die Zersetzung der Flüssigkeit das Ziel der elektrochemischen Behandlung sein, beispielsweise die Zersetzung von Wasser in Was serstoff und Sauerstoff an Platinelektroden, oder es ist eine Abschei dung gelöster Stoffe aus der Flüssigkeit durch Anlagerung an den Elektroden gewünscht, wie beispielsweise die Abscheidung von Gold aus einer salzsauren Goldchloridlösung.So the decomposition of the liquid can be the goal of electrochemical Be treatment, such as the decomposition of water in what hydrogen and oxygen on platinum electrodes, or it is a separation of dissolved substances from the liquid by attachment to the Electrodes desired, such as the deposition of gold from a hydrochloric acid gold chloride solution.
Bekannt ist auch die Reinigung verschmutzter oder mit Schwermetal len kontaminierter Wässer durch elektrochemische Behandlung. So ist aus der EP 0 341 138 ein Verfahren zur Reinigung von Abwässer (Öl- in-Wasser-Emulsionen) durch Elektrokoagulation bekannt, mit einer löslichen Anodenanordnung aus Metallteilchen, die fest am Elektroly sebehälter - einer Drehtrommel - angeordnet ist und mit einer Katho denanordnung, die in die Elektrolyseflüssigkeit der Drehtrommel eintaucht.The cleaning of contaminated or heavy metal is also known len contaminated water by electrochemical treatment. So is from EP 0 341 138 a process for the purification of waste water (oil in water emulsions) known by electrocoagulation, with a soluble anode assembly made of metal particles that are firmly attached to the electroly sea container - a rotating drum - is arranged and with a Katho the arrangement in the electrolysis liquid of the rotating drum immersed.
In der EP 0 686 604 wird über ein Verfahren zur Reinigung von Schmutzwässer berichtet, bei dem Elektroden in einem Rührtank ein gehängt sind, in dem die zu reinigende Flüssigkeit durch Rührer mit definierter Strömung zwischen den Elektroden zirkuliert, wobei die Schmutzteilchen infolge der angelegten elektrischen Spannung aus flocken.EP 0 686 604 describes a process for cleaning Dirty water is reported when electrodes are in a stirred tank are hung in which the liquid to be cleaned is mixed with a stirrer defined flow between the electrodes, the Dirt particles due to the applied electrical voltage flake.
Weiterhin sind Elektrolyse-Verfahren bekannt, bei denen sich die Elektronen verbrauchen, weil durch die angelegte elektrische Span nung Elektrodenmaterial in Form von Ionen in Lösung geht, beispiels weise in der Schmelzelektrolyse zur Aluminiumgewinnung.Electrolysis processes are also known in which the Consume electrons because of the applied electrical span Electrode material in the form of ions goes into solution, for example wise in melting electrolysis for aluminum extraction.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bekannte Verfahren zur elektrochemi schen Behandlung von Flüssigkeiten in die Flüssigkeit eintauchende Elektroden durch geeignete konstruktiv einfache Maßnahmen weiterzu bilden, um die Effektivität der Elektroden zu verbessern.It is an object of the invention to known methods for electrochemical treatment of liquids immersed in the liquid Electrodes by means of suitable structurally simple measures form to improve the effectiveness of the electrodes.
Die gestellte Aufgabe wird verfahrensmäßig gelöst mit den Maßnah men des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 5.The task is solved procedurally with the measure men of the characterizing part of claim 1 and device-wise with the features of the characterizing part of claim 5.
Durch die Maßnahme der Erfindung, die in die elektrochemisch zu behandelnde Flüssigkeit eintauchenden Elektroden in mechanische Schwingungen zu versetzen, werden bei gleicher Leitfähigkeit der Flüssigkeit (Elektrolyt) die Diffusionsvorgänge an der Oberfläche der Elektroden vorteilhaft im Sinne einer besseren bzw. schnelleren Wir kung beeinflußt. Denn durch die an der Phasengrenzschicht der Elek trodenoberfläche infolge der mechanischen Schwingungen hervorgeru fenen Turbulenzen wird die Dicke der laminaren Phasengrenzschicht verringert, es ergibt sich hierdurch eine Verringerung des Strom durchgangswiderstandes und damit eine höhere Diffusionsgeschwin digkeit (höhere Stromdichte A/cm²) mit dem Ergebnis eines höheren Stoffaustausches zwischen Elektroden und Flüssigkeit.By the measure of the invention, which in the electrochemically too treating liquid immersing electrodes in mechanical Moving vibrations are the same conductivity Liquid (electrolyte) the diffusion processes on the surface of the Electrodes advantageous in the sense of a better or faster us influence. Because by the at the phase boundary layer of the elec tread surface due to the mechanical vibrations The turbulence becomes the thickness of the laminar phase boundary layer reduced, this results in a reduction in the current contact resistance and thus a higher diffusion speed density (higher current density A / cm²) resulting in a higher Mass exchange between electrodes and liquid.
Weiterhin wird mit Vorteil die infolge des Stoffaustauschs einsetzende Passivierung der wirksamen Elektrodenoberfläche, die bei bekannten Verfahren eine Umpolung der Stromrichtung erforderlich macht, weit gehend verhindert.Furthermore, the one that starts as a result of the mass transfer is advantageous Passivation of the effective electrode surface, which in known Procedure requires a polarity reversal of the current direction, far prevented.
Das Verfahren der Erfindung kann mit Vorteil bei allen Verfahren eingesetzt werden, bei denen Elektroden zum Stoffaustausch eingesetzt werden, beispielsweise bei der Zementation oder bei der Flotation.The method of the invention can be advantageous in all methods are used in which electrodes are used for mass transfer in cementation or flotation.
So kann beispielsweise die Zugabe von Drückerreagenzien in Flota tionssuspensionen vermindert bzw. ganz eingespart werden, wenn die Suspension mittels eintauchender Elektroden elektrochemisch behan delt wird. Hier haben sich der Einsatz von mechanisch schwingenden Elektroden mit den vorstehend beschriebenen Vorteilen - Verhinde rung der Passivierung der Elektrodenoberfläche, Verringerung der Behandlungszeit - bereits mehrfach hervorragend bewährt.For example, the addition of trigger reagents in Flota tion suspensions are reduced or completely saved if the Suspension electrochemically treated by immersing electrodes delt is. Here have the use of mechanically vibrating Electrodes with the advantages described above - Avoid passivation of the electrode surface, reduction of the Treatment time - proven several times over.
Mit Vorteil wird die elektrochemische Behandlung mit den in Schwin gungen versetzten Elektroden bei der konventionellen Flotations (Rüh rerflotation) innerhalb der Flotationszelle durchgeführt, während bei der pneumatischen Flotation die elektrochemische Behandlung be vorzugt in einem der Flotationszelle vorgeschalteten Reaktionsgefäß erfolgt.The electrochemical treatment with the Schwin offset electrodes in conventional flotation (Rüh rerflotation) within the flotation cell, while at pneumatic flotation the electrochemical treatment be preferably in a reaction vessel upstream of the flotation cell he follows.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist bei Fällungsprozessen (Zementation) gegeben, bei denen durch Zugabe von Reagenzien gelöste Stoffe aus gefällt werden sollen. So werden beispielsweise bei Arsen-Ionen ent haltenden Abwässern bei elektrochemischer Behandlung mit Eisenelek troden durch in Lösung gehende Eisen-Ionen die Arsen-Ionen als Eisenarsenat ausgefällt. Das ausgefällte Arsenprodukt kann anschlie ßend mit bekannten Mitteln (Flotation, Sedimentation/Zentrifugieren) dann aus dem Abwasser entfernt werden. Another area of application is in precipitation processes (cementation) given where substances released by adding reagents should be felled. For example, arsenic ions are removed holding waste water during electrochemical treatment with iron elek arsenic ions pass through as iron ions in solution Arsenic failed. The precipitated arsenic product can then ß with known means (flotation, sedimentation / centrifugation) then be removed from the wastewater.
Um beispielsweise bei einem Ausgangswert von 100 mg/l Arsen auf einen gewünschten Wert von kleiner 0,01 g/l Arsen zu gelangen, ist eine Behandlungsdauer mit fest angeordneten Elektroden nach bekann ten Verfahren von mindestens 20 Minuten erforderlich. Durch die Maßnahme entsprechend der Erfindung, die Elektroden in Schwingun gen zu versetzen, ließ sich die Einwirkdauer bei gleicher Stromdichte auf unter 10 Minuten herabsetzen. Ähnlich gute Ergebnisse ließen sich auch mit Abwässern, die mit Schwermetallen, beispielsweise Molyb dän, kontaminiert waren, erzielen.For example, at a baseline of 100 mg / l arsenic to reach a desired value of less than 0.01 g / l arsenic after a treatment period with fixed electrodes procedure of at least 20 minutes is required. Through the Measure according to the invention, the electrodes in vibration to offset the duration of exposure with the same current density reduce to less than 10 minutes. Results were similarly good also with waste water containing heavy metals, for example molyb dan, were contaminated.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an einem in der Zeichnungsfigur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.Further details of the invention are given below in a the drawing figure schematically illustrated embodiment explained in more detail.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht aus einem oben offenen Reaktionsgefäß 10 mit einem unteren konisch in eine Spitze 16 zulaufenden Boden, durch den grobe Verschmutzungen und/oder aus gefällte Produkte abgezogen werden können. Die von oben in das Re aktionsgefäß 10 eingehängten Elektroden 11 (so tief, daß sie in die Flüssigkeit vollständig eintauchen) sind mit einem oberhalb des Reak tionsgefäßes 10 angeordnetem Schwingungserreger 12 verbunden, durch den die Elektroden in mechanische Schwingungen entsprechend der Pfeilrichtung 13 versetzt werden.The device shown in the drawing consists of a reaction vessel 10 which is open at the top and has a bottom which tapers conically into a tip 16 and through which coarse dirt and / or precipitated products can be drawn off. The suspended from above in the re action vessel 10 electrodes 11 (so deep that it is in the liquid-submersible) are connected to an arranged above the reac tion vessel 10 vibration generator 12 are rotated by the electrodes into mechanical vibrations in accordance with the direction of the arrow. 13
Oben an einer der Seitenwände 20 des Reaktionsgefäßes 10 befindet sich der Zulauf 14 für die zu behandelnde Flüssigkeit, und diesem Zulauf 14 gegenüber der Ablauf über eine Überlaufkante 17 des Reak tionsgefäßes 10.At the top of one of the side walls 20 of the reaction vessel 10 there is the inlet 14 for the liquid to be treated, and this inlet 14 opposite the outlet via an overflow edge 17 of the reaction vessel 10 .
Bei der elektrochemischen Behandlung wird die zu behandelnde Flüs sigkeit über den Zulauf 14 von oben in den Zwischenraum zwischen der Seitenwand 20 des Reaktionsgefäßes 10 und einem Leitelement 18 in das Reaktionsgefäß 10 gegeben und strömt durch die nachfolgende Flüssigkeit bedingt nach unten zum Boden des Reaktionsgefäßes 10. In the electrochemical treatment to be treated flues is sigkeit via the inlet 14 from above into the space between the side wall 20 of the reaction vessel 10 and a guide element introduced into the reaction vessel 10, 18 and flows through the succeeding liquid due down to the bottom of the reaction vessel 10 degrees.
Dort erfolgt die Umlenkung der Flüssigkeit in Pfeilrichtung 19 nach oben, wobei grobe Verschmutzungen sich in der Spitze 16 ansammeln und dort ausgetragen werden.There, the liquid is deflected upward in the direction of arrow 19 , with coarse soiling accumulating in the tip 16 and being discharged there.
Die Flüssigkeit strömt nun an der Oberfläche der in mechanische Schwingungen versetzten und mit einer angelegten elektrischen Span nung beaufschlagten Elektroden vorbei weiter nach oben und wird über die Überlaufkante 17 des Reaktionsgefäßes 10 ausgetragen.The liquid now flows past the surface of the electrodes, which are set in mechanical vibrations and acted upon with an applied electrical voltage, and is discharged over the overflow edge 17 of the reaction vessel 10 .
Die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Reaktionsgefäßes 10 ist so bemessen, daß die Verweilzeit im Reaktionsgefäß 10 ausreicht, um den gewünschten elektrochemischen Effekt zu erzielen.The flow rate within the reaction vessel 10 is dimensioned such that the residence time in the reaction vessel 10 is sufficient to achieve the desired electrochemical effect.
Im Anwendungsbeispiel einer Zementation ist es darüber hinaus wich tig, daß die Sedimentation der ausgefällten Produkte nach unten zum Boden hin entgegen der aufströmenden Flüssigkeit erfolgen kann, so daß die Aufströmgeschwindigkeit dieser Sedimentation angepaßt sein muß, wenn die Abtrennung im Reaktionsgefäß erfolgen soll. Es ist aber auch möglich, diese Abtrennung in einem weiteren später nach folgenden Verfahrensschritt durchzuführen.In the application example of a cementation, it is also important tig that the sedimentation of the precipitated products down to Soil against the inflowing liquid can take place, so that the upstream velocity can be adapted to this sedimentation must if the separation is to take place in the reaction vessel. It is but also possible to do this separation in another later perform the following process step.
Mögliche Ausführungsformen der Erfindung sind nicht auf das in der Zeichnungsfigur dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Viel mehr sind auch andere, vom gezeigten Beispiel abweichende Ausfüh rungen möglich. So kann beispielsweise der Zulauf der zu behandeln den Flüssigkeit von unten in das Reaktionsgefäß erfolgen, die Schwin gungserreger können gleichfalls unterhalb der Elektroden oder in der Flüssigkeit direkt an den Elektroden angeordnet sein.Possible embodiments of the invention are not based on that in FIG The illustrated embodiment is limited. A lot there are also other versions that differ from the example shown possible. For example, the inflow can be treated the liquid from below into the reaction vessel, the Schwin Generic pathogens can also below the electrodes or in the Liquid can be arranged directly on the electrodes.
Claims (9)
- - ein Reaktionsgefäß (10) mit einem Zulauf (14) für die elektro chemisch zu behandelnde Flüssigkeit und mit einer Überlauf kante (17) für den Ablauf der behandelten Flüssigkeit;
- - Elektroden (11), die innerhalb des Reaktionsgefäßes (10) ange ordnet sind und die in die Flüssigkeit eintauchen und
- - einen Schwingungserreger (12) zur Erzeugung von mechani schen Schwingungen, der mit den Elektroden (11) in Verbin dung steht.
- - A reaction vessel ( 10 ) with an inlet ( 14 ) for the liquid to be treated electrochemically and with an overflow edge ( 17 ) for the outlet of the treated liquid;
- - Electrodes ( 11 ) which are arranged inside the reaction vessel ( 10 ) and which are immersed in the liquid and
- - A vibration exciter ( 12 ) for generating mechanical vibrations, which is connected to the electrodes ( 11 ).
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