DE19755840A1

DE19755840A1 - Elektrochemisches Verfahren zur Enteisenung von Industrie- und Haushaltswässern

Info

Publication number: DE19755840A1
Application number: DE1997155840
Authority: DE
Inventors: Kai Dr Rer Nat Zeppenfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 1999-06-24

Description

Viele Industrie und Leitungswässer enthalten mehr oder weniger hohe Konzentrationen an Fe²⁺- und Fe³⁺-Ionen. Die Gegenwart von Eisenionen führt zu Färbungen, Ablagerungen (Rost) und Verschmutzungen von wasserführenden Systemen. Manche Wässer zeichnen sich durch so hohe Eisengehalte aus, daß eine Aufbereitung erforderlich ist. Gelöstes Eisen kann in Ionenaustauschern wirksam durch ein Kationenharz gebunden werden. Probleme können auftreten, wenn das Eisen aus dem Harz beseitigt wird, da es zu Verschmutzungen der Austauscherharze führt. Bei der Kalkmilch oder Kalkmilch/Sodaenthärtung von Industrie- und Leitungswässern ist der pH-Wert genügend hoch, um Eisenhydroxid auszufallen. Fe²⁺-Ionen müssen vorher durch Luft oder chemische Zusätze zu Fe³⁺-Ionen oxidiert werden, wobei oft eine genaue pH-Werteinstellung nötig ist, um die besten Ergebnisse zu erhalten. Die Oxidation durch Luft wird meist in offenen oder geschlossenen Belüftern durchgeführt, in denen die Fe²+- Ionen durch gelösten atmosphärischen Sauerstoff oxidiert und dadurch ausgefällt werden. Chemische Oxidationsmittel sind unter anderem Chlor, Chlordioxid und Permanganat, die alleine oder auch zusammen mit der Luftoxidation Verwendung finden. Das ausgefällte polymorphe Eisenhydroxid wird anschließend in geeigneten Filtern abgetrennt, wobei es selbst die wirksamste Filterschicht bildet.

Es wird ein billigeres und weniger aufivendiges Verfahren zur Enteisenung von, in Rohrsystemen fließenden, Industrie und Haushaltswässern vorgeschlagen, da es aufgrund ökonomischer und ökologischer Überlegungen wünschenswert wäre das gelöste Eisen ohne chemische Mittel zu beseitigen. Das dem zu enteisenden System vorgeschaltete Gerät besteht aus zwei elektrolytisch innerten Graphit- oder Platinelektroden, deren Abstand 10 mm beträgt; von den Elektroden dient die eine als Kathode (1), die andere als Anode (2). Mit Hilfe einer Spannungsquelle (3) wird an die Elektroden eine kontinuierliche Gleichspannung von 6.0 bis 12.0 Volt angelegt. Die Kathode ist von einer, nur für Eisenionen und Wassermoleküle durchlässigen Membran (4) umgeben, um den entstehenden Wasserstoff abzuführen. Die Elektroden sind in ein zylindrisches Rohr (5) fest installiert, welches durch flachdichtende Verschraubungen (6) in das wasserführende Rohrsystem ein- und ausgebaut werden kann.

Durch die Elektrolyse wird das ruhende oder fließende Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. An der negativen Elektrode (Kathode) werden Protonen zu Wasserstoff entladen und an der positiven Elektrode (Anode) wird Sauerstoff abgeschieden:

Kathode: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
Anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻.

Durch die Elektrolyse werden vorhandene Fe²⁺-Ionen anodisch oxidiert und kathodisch zum größten Teil als Fe₃O₄ (Magnetit) gefällt. Die im Wasser enthaltenen hydrolysierten Fe (in)- Spezies reagieren mit den an der Kathode produzierten OH⁻-Ionen zu festem polymorphem FeOOH. Folglich tritt bei der elektrochemisch arbeitenden Enteisung an der Kathode eine Abscheidung unlöslicher, an den Systeminnenwänden nicht haftenden, Eisenoxidhydrate bzw. Eisenoxide auf, was bewirkt, daß die Fe²⁺- und die Fe⁺³-Ionenkonzentration im Wasser selbst verringert wird. Somit sollte eine Reduktion von Rostablagerungen und Braunfarbungen eintreten. Dagegen gilt das durch das elektrolytische Verfahren gebildete schwarze Mischoxid Magnetit im Gegensatz zu den Eisen (III)-Ablagerungen (Rost) als angestrebte Passivierungsschicht, die Korrosionen von Rohrsystemen und industriellen Anlagen verhindern soll.

Claims

Es wird ein elektrochemisches Verfahren zur Enteisenung von Industrie und Haushaltswässern vorgeschlagen, bei dem das Wasser durch eine, dem Rohrsystem vorgeschaltete elektrolytische Zelle fließt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Graphit oder Platinelektroden verwendet werden, an denen Gleichspannungen angelegt werden, die größer als die Zersetzungsspannung des Wassers sind; an der Anode werden die Fe²⁺-Ionen oxidiert und kathodisch als Magnetit (Fe₃O₄) abgeschieden; mit den an der Kathode gebildeten OH⁻-Ionen werden die im Wasser enthaltenen hydrolysierten Fe (III)-Spezies als feste Eisen (III)- Oxidhydrate gefällt; folglich verringert sich die Konzentration der Eisenionen im Wasser selbst und Rostablagerungen sowie Braunfärbungen werden reduziert.