DE1964661B2

DE1964661B2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines aluminiumhaltigen koagulierungsmittels

Info

Publication number: DE1964661B2
Application number: DE19691964661
Authority: DE
Inventors: Zenzo; Hatta Takeshi; Yokohama Kanagawa Yokozeki (Japan)
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd, Osaka (Japan)
Priority date: 1969-09-11
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE1964661C3; DE1964661A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Koagulierungsmittels durch Elektrolyse. Ein solches Koagulierungsmittel läßt sich beispielsweise bei der Wasserbehandlung verwenden.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Koagulierungsmittel zur Verwendung bei der Wasserbehandlung, das dadurch hergestellt wird, daß eine Lösung einer Elektrolyse zwischen Elektroden unterworfen wird, von denen mindestens eine aus Aluminium besteht und als Anode wirkt. Die Lösung enthält ein stark elektrolytisches Salz und eine starke Säure, in welcher sich Aluminium durch Elektrolyse löst.

Zur Veroendung als Koagulierungsmittel für unreines Wasser geeignete, Aluminium enthaltende Lösungen sind an sich bekannt, und es gibt bereits mehrere Vorschläge zur Herstellung derartiger Lösungen durch Elektrolyse unter Verwendung von Aluminium als Anode. Infolge der hierbei auftretenden Zunderbildung und der mangelhaften Koagulationsfähigkeit des erhaltenen Koagulierungsmittels fanden diese Vorschläge jedoch bisher wenig praktische Anwendung. Es ist auch bereits ein Elektro'yseverfahren unter Verwendung einer Membran zwischen den Elektroden vorgeschlagen worden, doch erforderte dieses Verfahren komplizierte Arbeitsgänge, um das Verstopfen der Poren der Membran zu verhindern und den Elektrolytfluß zwischen den beiden durch die Membran voneinander getrennten Räumen ständig zu steuern; aus diesem Grund war auch dieses Verfahren nicht zweckmäßig.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Ausschaltung der vorgenannten Nachteile der herkömmlichen Verfahren und die Schaffung eines Verfahrens zur wirksamen Herstellung eines Koagulierungsmittels hoher Koagulationsfähigkeit. Diese Aufgabe wird crfindung.sgemäß dadurch gelöst, daß eine Mischlösung aus einem stark elektrolytischen Salz und einer starken Säure unter Verwendung von Aluminium als Anode einer Elektrolyse unterworfen und hierdurch das Aluminium im Elektrolyten gelöst wird. Dabei sollten die Aluminium-Elektroden zwecks Verhinderung einer Zunderbildung zu beiden Seiten der Kathode angeordnet sein.

Die Vorrichtung für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens ist mittels Trennwänden in eine Anzahl von Elektrolytzellen unterteilt, von denen jede Anoden und eine Kathode enthält.

in Die Verwendung eines stark elektrolytischen Sai/es garantiert die Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Elektrolyten. Brauchbare Salze sind beispielsweise Natriumchlorid und Natriumsulfat, deren Konzentration im Bereich von 0,1 -0,5 Gew.-% liegen sollte. Als starke Säure kann Salzsäure, Schwefelsäure in einer Konzentration von 0,05—1 Gew.-% verwendet werden.

Die Anoden bestehen aus Aluminiumplatten, wahrend als Kathodenmaterial allgemein elektrisch leitfähi-

:o ge Werkstoffe, wie Aluminium, Nickel, Blei, Kohlenstoff. brauchbar sind. Die Elektrolyse wird durch Anordnung von Anode bzw. Anoden und Kathode in Abstanden von 10-40 mm in der Elektrolyse-Vorrichtung und du.-di Anlegung eines elektrischen Stroms herbeigeführt, der

.'■> eine Spannung von 2-30V und eine Stromdichte von 1 —2 A/dm² besitzt. Bei Verwendung einer Mischlösung aus Natriumchlorid und Salzsäure als Elektrolyt wird durch elektrolytische Zersetzung an der Kathode H+ -Wasserstoffgas erzeugt, während an der Anode

ίο Aluminium-Ionen in Lösung gehen. Genauer gesagt. wandeln sich in der Anfangsstufe der Elektrolyse die gelösten Aluminium-Ionen infolge des Vorhandenseins einer großen Menge an Salzsäure im Elektrolyten in AlCIj um und wird mit fortschreitender Elektrolyse die

i") gesamte Salzsäure für die Bildung von AICI3 verbraucht. Im weiteren Verlauf der Elektrolyse wird dann, wie erwähnt, an der Kathode durch Zersetzung des Wassers Wasserstoffgas freigesetzt, während das Aluminium an der Anode in Lösung geht. Dieses Aluminium fällt nicht aus, sondern verbleibt im Lösungszustand und besitzt einzigartige Struktur und aus diesem Grund ausgezeichnetes Koagulierungsvermögen. Bei herkömmlichen Verfahren wird der AlClj-Lösung allmählich eine starke Lauge, wie Calciumhydroxyd, zugesetzt wird, so daß

■n dem in der Lösung befindlichen Aluminium äquivalente Cl'-Anionen vorhanden sind, welche jedoch für die Koagulierung schädlich sind. Beim erfindungsgemäßen Verfahren übersteigt demgegenüber die zu lösende Aluminiummenge das dem Elektrolyten zugegebene

>o Äquivalent an Salzsäure und Natriumchlorid, so daß das gleichzeitige Vorhandensein von Anionen beider Elemente stark vermindert wird. Die Zugabe von Natriumchlorid zum Elektrolyten dient zur Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit desselben. Genauer gesagt, würde bei Weglassung der Natriumchlorid-Zugabe die Leitfähigkeit des Elektrolyten im Verlauf der Elektrolyse und mit dem Verbrauch an Salzsäure abnehmen; bei Zugabe von Natriumchlorid kann dieser Leitfähigkeitsverlust jedoch verhindert werden.

η¹ Im folgenden sind die Versuchsergebnisse eines Vergleichs zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und den herkömmliche!! Verfahren aufgeführt.

Unter Verwendung von drei verschiedenen iileklrolyten, nämlich

1. 0,05 N-Salzsäure,

2. 0,05 N-Natriumchlorid und

3. 0.05 N-Sal/säure und 0.05 N-Natriumchlorid,

sowie unter Verwendung von zwei Aluminiumplatten von je 30 χ 30 mm Größe als Elektroden wurden Elektrolysen durchgeführt, indem die Platten in Abständen von 10 mm angeordnet wurden; die Menge des Elektrolyten betrug 200 ml und die Stromdichte 20 mA/cm². Hierbei waren die in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Spannungsänderungeri zu beobachten:

Tabelle 1

Dauer der Elektrolyse
(min)

0	20	60	V	90	V
0,7 V	2V	11	V	27	V
3V	3V	3	V	3	V
4V	4V	4	4

Elektrolyt 1
Elektrolyt 2
Elektrolyt 3

Wie aus der vorstehenden Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde im Fall des t. Elektrolyten, d. h. Salzsäure allein, eine kontinuierliche Elektrolyse wegen des schnellen Anstiegs des Flüssigkeitswiderstands unmöglich. Obgleich im Fall des 2. Elektrolyten, d.h. Natriumchlorid allein, keine Änderung des Flüssigkeitswiderstands zu beobachten war, wurde das Aluminium als Hydroxyd ausgefällt und war als Koagulierungsmittel unbrauchbar. Beim 3. Elektrolyten, d. h. bei Anwendung des vorher genannten Gemisches, änderte sich der Flüssigkeitswiderstand nicht und war das gelöste Aluminium vollkommen löslich und der Elektrolyt durchsichtig. Das auf diese Weise hergestellte Koagulierungsmittel besitzt hohes Koagulierungsvermögen und kann verunreinigtem oder gefärbtem Wasser zugesetzt werden, um die darin suspendierten Stoffe zu koagulieren, auszuflocken und auszufällen. Die unreinem Wasser zuzugebende Menge an Koagulierungsmittel dieser Art liegt im Bereich von 1-5 ppm (Teile je Million Teile) auf Al-Basis. Das Koagulierungsmittel wird auf gleiche Weise wie bei herkömmlichen Koagulierungs- und Ausflockungsverfahren eingesetzt, bei welchen eine pH-Steuerung sowie heftiges und langsames Rühren vorgenommen werden, um Flocken zu bilden, die sich niederschlagen oder durch Filtrieren abgetrennt werden können.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Koagulierungsmittel besitzt hohes Koagulierungsvermögen, und zudem ist das Verfahren zur Herstellung dieses Mittels so einfach, daß das Mittel nach diesem einfachen Verfahren zur Verwendung an Ort und Stelle hergestellt werden kann. Die Elektrolyse kann bei Konstantspannung durchgeführt werden, so daß eine stabile Herstellung des Ko^gulierungsmittels erwartet werden kann. Infolge der Verwendung einer Säure als Elektrolyt wird außerdem auch die Zunderbildung auf der Kathode vermindert. Es besteht keine Notwendigkeit für die Anordnung einer Membran in der Elektrolyse-Vorrichtung, so daß die Elektrolyse bei niedriger Spannung durch Verkleinerung des Abstands zwischen den Elektroden und ohne Gefahr eines Spannungsanstiegs infolge des Verstopfens der Poren der Membran durchgeführt werden kann. Die Herstellung des Koagulierungsmittels kann entweder durch chargenweise oder kontinuierliche Eiekii olyse erfolger..

Obgleich erfindungsgemäß die Zunderbildung an der Kathode wegen der Verwendung von Säure als Elektrolyt vergleichsweise gering ist, steht dem im Elektrolyten enthaltenen Aluminium eine große Menge an OH" zur Verfügung, was zu hoher Basität des Elektrolyten führt, so daß sich die Aluminium-Ionen in ein^m Zustand befinden, in welchem sie leicht abgetrennt werden können. Bei Verwendung einer nur mit Aluminiumelektroden ausgerüsteten Vorrichtung würde ein Anhaften von Zunder an der Kathode auftreten, was für längere Betriebszeitspannen ungünstig ist.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen von Elektrolyse-Vorrichtungen, wie sie beim erfindungsgemäßen Verfahren angewandt werden können, sowie ein das Verständnis der Erfindung förderndes Diagramm dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Versuchsergebnisses des Koagulierungsvermögens von Aluminium gemäß Beispiel 1,

F i g. 2,3,4 und 6 Querschnitte durch Elektrolyse-Vorrichtungen, die andere leitfähige Materialien als Aluminium für die Kathode verwenden, wobei die Vorrichtungen gemäß den F i g. 2 bis 4 für Langzeitbetrieb ausgelegt sind und die Vorrichtung gemäß F i g. 6 für Massenherstellung vorgesehen ist,

F i g. 5 eine Darstellung des elektrischen Stromflusses in der Vorrichtung gemäß F i g. 3,

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung einer Einrichtung zur Halterung der bei der Vorrichtung gemäß F i g. 6 angewandten Trennwand,

F i g. 8 eine perspektivische Darstellung eines verbesserten Elektrodenhalters,

F i g. 9 eine perspektivische Darstellung eines für herkömmliche Vorrichtungen angewandten Elektrodenhalters und

Fig. 10 ein Durchflußschema zur Erläuterung des Aufbaus einer beispielhaften Ausführungsform einer elektrolytischen Vorrichtung zur Herstellung einer Koagulierungsmittel-Lösung mit gleichbleibender Konzentration.

Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Vorrichtungen weisen jeweils eine plattenförmige Aluminium-Anode 1 und eine plattenförmige Eisen-Kathode 2 auf. Der Elektrolyt ist mit 3 bezeichnet. Die Vorrichtung gemäß F i g. 2 ist die kleinste Einheit einer für langzeitigen Betrieb geeigneten Vorrichtung; ihre Kathode 2 besteht aus einer Eisenpiatte, zu deren beiden Seiten in eine Aluminium-Anode 1 angeordnet ist, während die Vorrichtungen gemäß den F i g. 3 und 4 jeweils mehrere Elektroden-Gruppen enthalten, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich auf jeder Seite einer Kathode 2 jeweils eine Aluminium-Anode 1 befindet. In Fig. 3 ist ι außerdem eine Leitung a zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Elektroden eingezeichnet, über welche, wie bei ( + ) und ( —) angedeutet, eine Spannung zur Hervorbringung der Elektrolyse angelegt werden kann. Zur Herstellung , eines Koagulierungsmittels wird die Elektrolyse durch Anlegung von elektrischem Strom während einer fester Zeitspanne durchgeführt, worauf die durch die Elek trolyse hergestellte Aluminiumlösung entnommen unc als Koagulierungsmittel verwendet wird. Wenn di< ι Aluminium-Anode nach mehreren aufeinanderfolgen den Elektrolysen vollständig aufgebraucht ist, werdei zu beiden Seiten jeder Kathodenplatte neue Anoden platten eingesetzt und wird erneut Strom an dies Platten angelegt, wodurch die Elektrolyse wiede - aufgenommen wird. Die Kathoden 2 werden nicl" verbraucht und können daher ständig benutzt werdei Der Elektrolyt kann entweder chargenweise zugefühi und für jeden Elektrolyse-Zyklus erneuert oder durc

Mn kontinuierlich arbeitendes System eingeleitet werlcn, bei welchem der Elektrolyt ununterbrochen zufließt. Als Kathodenplatte für eine für Langzeit-■letricb vorgesehene Vorrichtung kann jedes andere Seilfähige Material außer Aluminium, also beispielsweise risen. Nickel, Kohle, Blei, Verwendung finden.

Bei den für Langzeitbetrieb vorgesehenen Vorrichtungen wird infolge der Anordnung von Anoden 1 zu beiden Seiten jeder Kathode 2 auch an der Rückseite der Kathode eine gleichmäßige Stromdichte aufrechterhalten, so daß die Zunderbildung verhindert wird und ein Langzeitbetrieb möglich ist. Dies bedeutet, daß im Gegensatz zu den Vorrichtungen, die ausschließlich Aluminitimelektroden aufweisen oder deren Anoden und Kathoden einander abwechselnd angeordnet sind, weder eine Gefahr einer Betriebsunterbrechung durch das Anhaften von Zunder an der Kathode noch eine Notwendigkeit für ein Auswechseln der Kathode besteht, so daß die Verfahrensführung verbessert und fortlaufend über einen langen Zeitraum hinweg eine Aluminiumlösung mit ausgezeichnetem Koagulierungsvermögen hergestellt werden kann.

Selbstverständlich erfordert eine Massenherstellung des Aluminium-Koagulierungsmittels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine große Elektrolyse-Vorrichtung sowie eine Vielzahl von Aluminium-Anoden. In diesem Fall wird zur Verbesserung des Wirkungsgrads ein Elektrolyseverfahren durch Reihenschaltung der Elektrodeneinheiten angewandt, wobei sich die A'uminium-Anoden 1 jeweils zu beiden Seiten einer Kathode 2 befinden. Bei einer Reihenschaltung der vorstehend an Hand von Fig. 3 erläuterten Art fließt der größte Teil des Stroms in der in F i g. 5, in welcher die Aluminium-Anoden mit 1-a, 1-a', 1-6und 1-b'und die Eisen-Kathoden mit 2 und 2' bezeichnet sind, durch die ausgezogenen Pfeile angedeuteten Richtung, während ein geringerer Teil auch in der durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Richtung abfließt, was zu ungleichmäßiger Auflösung der Aluminiumplatten führt und es schwierig macht, eine gleichmäßige Lösung des Aluminiums zu erreichen; aus diesem Grund besteht beispielsweise an der neben der Kathode 2' befindlichen Anode \-b die Tendenz zur Zunderbildung. Zur Vermeidung dieser Tendenz können selbstverständlich mehrere Gruppen von Anoden mit zugehörigen Kathoden als voneinander unabhängige Elektrolyse-Vorrichtungen eingesetzt werden, doch ist es äußerst unwirtschaftlich, so viele getrennte Vorrichtungen anzuwenden. Für die Massenherstellung von aluminiumhaltigem Koagulierungsmatcrial empfiehlt es sich vielmehr, eine Elektrolyse-Vorrichtung einzusetzen, deren Inneres durch einfache Trennwände in mehrere hintereinander angeordnete elektrolytische Zellen unterteilt ist, derart, daß zwar ein freier Durchfluß des in der Vorrichtung enthaltenen Elektrolyten ermöglicht wird, jedoch praktisch keine gegenseitige elektrische Beeinflussung zwischen den einzelnen Zellen auftritt; diese elektrolytischen Zellen sind mit Elcklmdeneinheiten verschen,die elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Genauer gesagt, wird das Innere der Elektrolyse-Vorrichtung durch Trennwände von größeren Abmessungen als die Elcktrodcnplatten in mehrere miteinander kommunizierende elektrolytische Zellen unterteilt, die jeweils mit einer Elektrodeneinheil in Form von zwei /u beiden Seiten einer Kathode angeordneten Aluminium-Elektroden versehen sind., wobei alle Elektroden einheilen gemeinsam in Kühe geschaltet sind Eine del'.irtis'e Von irhtnnr isι in I ι >■ n dat !'csiclll In Fig. 6 sind die Aluminium-Anoden mit 1-a, l-;;'; 1-fo, 1-b'bzw. 1-c, 1-c", die Eisen-Kathoden mit 2, 2' bzw. 2" und der Elektrolyt wiederum mit 3 bezeichnet. Die bei dieser Ausführungsform vorgesehenen Trennwände sind mit 4 bzw. 4' und die einzelnen elektrolytischen Zellen sind mit A, ßbzw. Cbezeichnet.

Für die Trennwände 4, 4' eignet sich ein elektrisches Isoliermaterial, wie Polyvinylchlorid. Die Trennwand muß größer sein als die Elektrodenplatten, um jede einzelne elektrolytisch^ Zelle praktisch frei von elektrischen Störeinflüssen zu machen. Die erforderliche Größe der Trennwände beträgt mehr als etwa das l,5fache der Fläche der Elektrodenplatten, falls die Länge und Breite der Anoden und Kathoden jeweils gleich sind; Länge und Breite der Trennwände sind jedoch größer als die entsprechenden Maße der Elektrodenplatten.

Es ist daher nicht erforderlich, die Trennwände 4, 4' entsprechend der Größe der Elektrolyse-Vorrichtung zu bemessen, um die einzelnen elektrolytischen Zellen vollständig durch die Trennwände voneinander zu trennen, vielmehr reicht es aus, wenn die Trennwände etwas kleiner sind als der Querschnitt der Vorrichtung, so daß sich die Trennwände leicht herstellen lassen.

Zur Einpassung der Trennwände reicht es, diese mit dem Halter 5 für die Elektroden zusammenzusetzen und die so entstandene einstückige Einheit in die Vorrichtung einzuhängen, wie dies in Fig. 7 beispielhaft dargestellt ist. Der Elektrodenhalter 5 weist Nuten 6 auf. in welche die Elektrodenplatten 1, 2 eingeführt werden können, und durch Festlegung von Einsteckplätzen für die Trennwände 4 und 4' zwischen jeweils der erforderlichen Anzahl von Nuten 6 können die einzelnen Elektroden und Trennwände 4, 4' in festem Abstand voneinander gehaltert werden.

F i g. 8 zeigt eine Einrichtung zur Einpassung der Elektrodenplatten. In dieser Figur ist eine Elektrodenplatte 8, die an einer oder an zwei Stellen ihrer Oberkante mit Anschlüssen 9 für die elektrischen Zuleitungen sowie an ihren beiden Seitenkanten nahe der Oberkante mit hakenförmigen Griffen 10 versehen ist, in zwei Elektrodenhalter 11 eingesetzt, wobei die Griffe 10 auf den Haltern 11 aufliegen. Die Halter 11 sind mit Führungen 12 zur Verhinderung einer gegenseitigen Berührung zwischen den einzelnen Elektrodenplatten 8 versehen. Wenn die Elektrodenplatte 8 als Anode Verwendung finden soll, besteht sie aus Aluminium; wenn sie dagegen als Kathode eingesetzt werden soll, besteht sie aus Eisen, Nickel, > Blei, Kohle. Die Anschlüsse 9 und die Griffe 10 können aus einem Metall, wie Aluminium, Kupfer oder Eisen, bestehen.

Die Elcktrodenplatten 8 werden wie folgt hergestellt Zunächst wird ein Materialstück, beispielsweise eint ■ Aluminiumplatte auf die für die Eleklrodenplatu gewünschte Größe geschnitten. Der dem Anschluß f gemäß F i g. 8 entsprechende Punkt bzw. die der Anschlüssen 9 entsprechenden Punkte wird bzw werden mit einer Gewindebohrunj! versehen, woran eine an eine Zuleitung angeschlossene Klemme(n) in dii Gewindebohrung eingeschraubt wird bzw. werdet Schließlich werden die hakenförmigen Griffe 10 an de der Sehmalkante, welche die Anschlüsse 4 trüg benachbarten Enden tier beiden .Seitenkanten dure · Ausbildung von Bohrungen oiler Gewindebohnmgc und Festlegung der Griffe mil 1 lilic von Klehmiiie! mit Schrauben befestigt. Obgleich die Grille 10 vorstehen als hakenförmig be/eichnei sind, können selbstverstani

ich auch Griffe jeder beliebigen anderen Form verwendet werden, mit deren Hilfe die Elektrodenplatte i durch Festhalten mit den Fingern oder einem Werkzeug angehoben werden kann. Die Elektrodenhalter sind aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Holz, Kunststoff, hergestellt, in welches mehrere Nuten 12 mit der Dicke der Eiektrodenplatten entsprechender Breite als Führung eingestochen sind.

Zum Vergleich ist in Fig.9 eine herkömmliche Halterungsvorrichtung dieser Art dargestellt, bei welcher die Elektrodenplatte 8', welche an einer oder zwei Stellen ihrer Oberkante mit Anschlüssen 9' sowie an beiden Enden der diese Anschlüsse aufweisenden Seite mit Griffen 10' versehen ist. mit Hilfe der durch die Griffe 10' gebildeten Abschnitte durch zwei Elektrodenhalter U in der Elektrolyse-Vorrichtung gehaltert ist. Die Anschlüsse 9' und die Griffe 10' sind durch Anschweißen eines Aluminiumstücks entsprechender Größe an der Elektrodenplatte 8' befestigt, weshalb diese Platte nicht nur beträchtliche Fertigungskosten erfordert, sondern beim Wechseln der Elektrode auch unbequem zu handhaben ist. Da sich außerdem die Aluminium-Anode durch Elektrolyse in Form von Aluminium-Ionen im Elektrolyten auflöst, was üblicherweise innerhalb etwa einer Woche oder eines Monats erfolgt, wurde es bisher als unklug betrachtet, enorme Fertigungskosten für solche Verbrauchsgegenstände aufzuwenden, während gleichzeitig seit langem die Entwicklung von für das Auswechseln geeigneten Elektrodenplatten angestrebt wurde.

Demgegenüber kann die Elektrodenplatte gemäß F i g. 8 durch einfache Arbeitsgänge hergestellt werden und ist daher billiger als die herkömmlichen Elektrodenplatten 8' gemäß Fig. 9. Da die an beiden Oberseiten der Seitenkanten der Elektrodenplatte 8 befestigten Griffe 10 eine ein Erfassen der Platte von Hand begünstigende Form besitzen, sind für das Auswechseln der Elektrodenplatten keine komplizierten Arbeitsgänge erforderlich, und die Führung des Halters, welcher die Elektrodenplatten unter Einnahme eines Mindestraums festlegt, gewährleistet den Vorteil, daß die Elektrodenplatten daran gehindert werden, in gegenseitige Berührung zu gelangen.

Im folgenden ist eine andere Elektrolyse-Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand von F i g. 10 näher erläutert. Diese Vorrichtung zur Herstellung eines Koagulierungsmittels arbeitet chargenweise, d. h. sie ist dafür ausgelegt, daß der Elektrolyt für jeden Arbeitszyklus zugeführt und dann nach Elektrolyse während einer festen Zeitspanne, während der sich das Aluminium der Anode auflöst, die Aluminiumlösung ausgetragen wird. Sooft die Aluminium-Anodenplatte verbraucht ist. wird sie erneuert und wird der Vorgang fortgesetzt. Bei der Herstellung eines Koagulierungsmittels nach dem vorstehend genannten Chargen-Verfahren muß eine clektrolysicrte Lösung, d. h. eine Lösung des Koagulierungsmittels. mit stets gleicher Konzentration erzeugt werden.

Die Vorrichtung gemäß Fi g. IO weist einen Elektrolyt-Behälter 20, eine Elektrolyse-Vorrichtung 26. in welche der Elektrolyt aus dem Behälter 20 eingebracht wird, um die Aluminium-Anoden 1 durch Elektrolyse aufzulösen, eine Einrichtung /ur Steuerung der Elekiro lyteingahe in die Elektrolyse-Vorrichtung auf einen festen Lösungs-Füllstand. einen Lösung·»-Behälter 31. in welchen die elektrolysiertc Losung ,ins der ElektrolyM'-Vorrii'htiing 2h ausgetragen und, und eine Einnchiiini; /ur l'mlülininj.' de¹· im I IcümUi-IMiiiliei 20 verbliebenen Elektrolyten sowie der elektrolysierten Lösung aus der Elektrolyse-Vorrich'ung nach Beendigung der Elektrolyse auf. Die Vorrichtung gemäß Fig. 10 ist so ausgelegt, daß sie eine elektrolysierte Aluminium-Lösung gleichbleibender Konzentration liefert.

Genauer gesagt wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ein hochkonzentrierter Elektrolyt, der in einem Elektrolyt-Vorratsbehälter 13 gespeichert ist, mit Hilfe einer Pumpe 14 über eine Leitung 15 in einen Meßbehälter 16 gefördert. Wenn die im Meßbehälter 16 enthaltene Elektrolytmenge einen vorbestimmten Wert erreicht, wird ein Füllstand-Schalter 17 betätigt, welcher die Pumpe 14 abschaltet. Eine feste Menge des auf diese Weise bemessenen, hochkonzentrierten Elektrolyten wird durch Öffnen eines Ventils 18 über eine Leitung 19 in einen Elektrolyt-Behälter 20 überführt. Im Augenblick der Beendigung des Einfüllens dieser Menge öffnet sich ein Ventil 21 und wird über eine Leitung 22 Verdünnungswasser in den Elektrolyt-Behälter 20 eingeführt, bis ein vorgeschriebener Flüssigkeitsspiegel erreicht ist, der durch Schließen des Ventils 21 durch Betätigung eines Füllstandschalters 23 geregelt wird. Der in den Elektrolyt-Behälter 20 eingefüllte hochkonzentrierte Elektrolyt wird hierdurch auf eine vorgeschriebene Konzentration verdünnt. Sodann wird der verdünnte Elektrolyt durch öffnen eines Ventils 24 über eine Leitung 25 in die Elektrolyse-Vorrichtung 26 eingefüllt, bis in letzterer ein vorbestimmten Flüssigkeitspegel erreicht ist, woraufhin ein Füllstand-Schalter 27 anspricht, welcher das Ventil 24 schließt, sooft die Elektrolytmenge einen vorgeschriebenen Füllstand erreicht. Die Elektrolyse-Vorrichtung 26 ist mit Aluminium-Anoden 1 und Eisen-Kathoden 2 versehen, die so nebeneinander angeordnet sind, daß in dem Augenblick, in welchem der Füllstand-Schalter 27 das Ventil 24 schließt, eine kleine Elektrolytmenge im Elektrolyt-Behälter zurückbleibt. Hierauf wird die Elektrolyse in der Elektrolyse-Vorrichtung während einer festen Zeitspanne und mit einer festen Stromstärke durchgeführt, wobei die Aluminium-Anode 1 aufgelöst und ein Koagulierungsmittel erzeugt wird. Die Trennwand ist mit 4 und die den Betrieb der Vorrichtung ermöglichende Gleichspannungsquelle ist mit 28 bezeichnet. Bei Betätigung eines Ventils 29 fließt die gesamte elektrolysierte Lösung über eine Leitung 30 in einen Lösungs-Behälter 31 hinein. Gleichzeitig öffnet sich das dem Elektrolyt-Behälter 20 zugeordnete Ventil 24 und fließt der restliche Elektrolyt aus diesem Behälter über die Elektrolyse-Vorrichtung 26 in den Lösungs-Behälter 31, um mit der vorher hergestellten elektrolysierten Lösung vermischt zu werden.

Wenn die Elektrolyse auf diese Weise wiederholt durchgeführt wird und sich das von der Aluminium-Anode 1 in der Elektrolyse-Vorrichtung eingenommene Volumen infolge ihrer Auflösung verringert, wire der Elektrolyt weiterhin bis zu einem festgelegter Füllstand in die Elektrolyse-Vorrichtung eingefüllt, im die Elektrolyse fortzuführen. Hierbei treten selbst«.er ständlich Schwankungen der Menge des in de Elektrolyse-Vorrichtung enthaltenen Llektrolsten aiii Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch da aufzulösende Aluminiunivolumen geregelt und Ui Menge der bei jedem Arbeitszyklus zu verbrauchende Losung stets auf einem festen Wert gehalten, beispiel·· weise das Volumen bis zur I lohe des Füllstand-Schalter 2? im Elektrolyt-Behälter 20 gemäß I ι μ. H). indem di eleklrnlvsierie Lösung mit dem restlichen LlektruK ie

aus dem Elektrolyt-Behälter 20 vermischt wird, so daß gewährleistet werden kann, daß die im Lösungs-Behälter 31 befindliche elektrolysierte Lösung infolge der Elektrolyse mit fester Stromstärke eine gleichbleibende Konzentration besitzt.

Die auf gleichbleibende Konzentration eingestellte elektrolysierte Lösung wird im Lösungs-Behälter 31 aufbewahrt und nach Bedarf über eine Abfluß-Leitung 32 abgeleitet, um als Koagulierungsmittel einem Wasserstrom zugesetzt zu werden.

Beispielsweise können aber auch der hochkonzentrierte Elektrolyt und das Verdünnungswasser vor der Einführung in den Elektrolyt-Behälter 20 auf vorbestimmte Konzentration eingestellt werden. Außerdem braucht auch nicht immer der Füllstand-Schalter 23 für den Elektrolyt-Behälter 20 vorgesehen zu sein und kann die Zufuhr des Elektrolyten in vorbestimmter Menge zum Elektrolyt-Behälter 20 durch Verwendung eines mit Zeitgeber ausgerüsteten elektromagnetischen Ventils während einer festgelegten Zeitspanne erfolgen. Für die in der Elektrolyse-Vorrichtung befindliche Kathode wird außerdem das vorher genannte leitfähige Material, wie Eisen, verwendet, und es spielt keine Rolle, ob die Trennwand 4 vorhanden ist oder nicht.

Falls die elektrolytische Auflösung der Aluminium-Anode unter Anwendung dieser elektrolytischen Vorrichtung in einer wäßrigen Lösung mit einem stark elektrolytischen Salz erfolgt, wird eine Lösung des elektrolysierten Aluminium-Koagulierungsmittels mit gleichbleibender Konzentration unabhängig vom Verbrauch der Aluminium-Anode erhalten und mithin die Regulierung der Zusammensetzung des Koagulierungsmittels außerordentlich vereinfacht. Außerdem kann jedes Ventil nebst Füllstandschalter zur Regelung der Elektrolyse mit Hilfe eines Programm-Zeitgebers eingesetzt werden, und die elektrolytische Vorrichtung kann auch so ausgelegt sein, daß sie automatisch arbeitet.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Eine Lösung aus 0,2% Natriumchlorid und 0,2% Salzsäure als Elektrolyt wurde in einer Elektrolyse-Vorrichtung mit zwei Sätzen von Elektroden einer Elektrolyse unterworfen, von denen jeder aus vier auf Abstände von 10 mm angeordneten, 30 χ 30 cm großen Aluminiiimplatten bestand, wobei die beiden äußeren Platten an eine elektrische Stromquelle angeschlossen waren. Nachdem die Elektrolyse 40 min lang mit einer Spannung von 8,5 V durchgeführt worden war, hatte sich die Stromstärke auf einen Wert von 23-25 A stabilisiert. Die Auflösung des Aluminiums infolge der Elektrolyse erfolgte mit der in Tabelle 2 angegebenen Geschwindigkeit, woraus ersichtlich ist, daß bei Fortsetzung der Elektrolyse über 30 min hinaus eine stärke Herauslösung von nichtionisiertem Aluminium auftrat,

Tabelle 2

Dauer der Elektrolyse
(min)

120

Gesamt-Aluminium (ppm)
Ionisiertes Aluminium (ppm)

Jt)

o30
420

b0

1200
360

2400
360

Die durch 60 min lange Elektrolyse hergestellte Aluminiumlösung wurde einem Rüttel-Versuch unterworfen, bei welchem die Al-Lösung gefärbtem Wasser in solcher Menge zugesetzt wurde, daß die Aluminiumkonzentration 237 ppm betrug, worauf das Wasser 5 min lang heftig und 15 min lang langsam gerührt bzw. gerüttelt wurde. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in Fig. 1 veranschaulicht. Das bei diesem Versuch benutzte gefärbte Wasser wurde durch Zugabe von Fulvensäure zu Leitungswasser hergestellt und besaß einen Farbskalenwert von 50 Grad. Zur weiteren Veranschaulichung zeigt F i g. 1 auch die Ergebnisse von Versuchen mit Aluminiumsulfat und -chlorid unter denselben Bedingungen wie vorstehend beschrieben. In Fig. 1 zeigt die Abszisse den pH-Wert der Lösung während die Ordinate den Rest-Farbwert (in %) der Lösung veranschaulicht, wobei ersichtlich ist, daß der Bereich der koagulierenden pH-Werte im Fall des durch Elektrolyse behandelten Aluminiums breit ist. Beobachtungen zum Zeitpunkt des Rüttelversuchs offenbarten, daß durch das erfindungsgemäße elektrolysierte Aluminium die Zeitspanne zur Flockenbildung verkürzt wird und die Flocken im Vergleich zu anderen Flocken groß sind.

Beispiel 2

Die Elektrolyse wurde mit Hilfe eines Behälters gemäß Fig. 2 durchgeführt, der mit Elektrodenplatter von 300 χ 300 χ 6 mm Größe unter Verwendung von Eisen als Kathode versehen, mit einer Mischlösung aus 0,2% NaCl und 0,2% HCI gefüllt und an eine Gleichstromquelle der in Fig. 2 angedeuteten Polaritäi angelegt war, die im Behälter eine Stromdichte von 16,7 mA/cm² erzeugte. Selbst nach wiederholter Elektrolyse, die mehr als 20 Tage lang jeweils mit einer Dauer von 2 Stunden wiederholt wurde, zeigte sich keinerlei Zunderbildung und die Vorrichtung erwies sich als für Langzeitbetrieb bei 130%igem Stromwirkungsgrad brauchbar.

Beispiel 3

Die Elektrolyse wurde auf dieselbe Weise durchge führt wie in Beispiel 2, nur mit dem Unterschied, daß dif Vorrichtung von Beispiel 2 durch diejenige gemät Fig.3 oder 4 ersetzt wurde. Es zeigte sich keinerle Zunderbildung und die Vorrichtung konnte, wie beirr vorangegangenen Beispiel, ohne jegliche Störunj während einer langen Zeitspanne in Betrieb gehalter werden.

Beispiel 4

Die Elektrolyse wurde für eine Gesamtdauer von 11! Stunden in einer Vorrichtung mit sechs Alumini um-Anodenplatten von je 300 χ 300 χ 10 mm Groß» und drei Eisen-Kathodenplatten von j< 300 χ 300 χ 4,5 mm Größe durchgeführt. Diese Elek troden waren auf die in Fig. 6 gezeigte Weise ir Abständen von jeweils 10 mm voneinander angeordne und elektrisch in Reihe geschaltet. Hierauf wurder Trennwände aus Polyvinylchlorid von Jf 500 χ 360 χ 5 mm Größe der Art gemäß Fig.t eingesetzt und wurde die Vorrichtung mit einei Mischlösung aus 0,2% NaCl und 0,2% HCl gefüllt worauf eine Stromdichte von 1,667 A/dm² eingestelll wurde. Die Ergebnisse der Elektrolyse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 3

Elektro lysezelle	Elektrode	Elektrodengewicht (g) vor der nach der Elektro- Elektro lyse lyse	199 263	Nuu- Wirkungs grad (%)
A	1-a 1-a'	1495 1485	220 290	86,3 82,3
B	1-b 1-b'	1485 1490	296 223	85,2 80,6
C	1-c 1-c'	1495 1495	80,2 85,2

Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß alle Aluminium-Elektrodenplatten nahezu gleichmaßige Auflösung zeigten und daß kein Leckstrom auftrat. _>o

Weiterhin war auch keine Zunderbildung an einer Anodenplatten zu beobachten.

Hier/u 4 lilait Zi

Claims

'f

Palentansprüche:

t. Verfahren zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Koagiilierungsmittels durch Elektrolyse einer Lösung zwischen Elektroden, von denen mindestens eine eine aus Aluminium bestehende Anode darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung verwendet wird, die ein siark elektrolytisches Salz und eine starke Säure enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Salz Natriumchlorid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Säure Salzsäure oder Schwefelsäure verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt aus Natriumchlorid und Salzsäure verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse unter Verwendung einer Kathode durchgeführt wird, die aus einem anderen leitfähigen Material als Aluminium besteht und zwischen zwei Aluminium-Elektroden angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus Eisen besteht.