DE19912013A1 - Vorrichtung zum Reinigen von Wasser - Google Patents
Vorrichtung zum Reinigen von WasserInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Wasser, mit einem Gehäuse (1), in welchem Elektroden (7) angeordnet sind, einem Zulauf (2) für das zu reinigende Wasser (8), einem Ablauf (4) für das Bewegen des Wassers im Kreislauf, einem Abfluß (3) für die Entleerung des Gehäuses und Wirbelkörpern (9), die teilweise oder vollständig elektrisch leitend sind. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A - der Bodenbereich des Gehäuses (1) in einer Ebene eine halbkreisförmig abgerundete Form und in der dazu im Winkel von 90 Grad liegenden Ebene eine sich nach unten trapezförmig verjüngende Form aufweist, wobei DOLLAR A - der Zulauf (2) mittig zu dem sich trapezförmig verjüngenden Bodenbereich in Bodennähe angeordnet ist, um eine Strömung entlang des sich trapezförmig verjüngenden Bodenbereichs zu erzeugen, und DOLLAR A - die Elektroden (7) dem Bodenbereich nachgeformt und parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von
Wasser, mit einem Gehäuse, in welchem Elektroden angeordnet
sind, einem Zulauf für das zu reinigende Wasser, einem
Ablauf für das Bewegen des Wassers im Kreislauf, eine
Abfluß für die Entleerung des Gehäuses und Wirbelkörpern,
die teilweise oder vollständig elektrisch leitend sind.
Aus DE 33 36 460 A1 ist ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu Reinigung von Wasser bekannt, wobei dieses
an Elektroden aus 2- oder 3-wertigen Metallen
unterschiedlicher Polarität vorbei geführt wird und die
Elektroden von einem bewegten Bett aus festen nicht
leitenden Teilchen umgeben sind, die eine höhere Dichte als
das zu reinigende Wasser aufweisen. Vorzugsweise wird als
Elektrodenwerkstoff Eisen oder Aluminium verwendet. Die
Elektroden und das bewegte Bett aus nichtleitenden Teilchen
sind in einer Elektrolysekammer angeordnet, zu deren
Unterseite eine Zuführleitung führt und an deren Oberseite
eine Ausflockungskammer vorgesehen ist, die sich konisch
erweitert. Bei Wasser mit einem geringen Leitwert werden
dabei die Plattenabstände sehr gering gewählt, was einen
schnellen Verschleiß der Platten zu Folge hat. Weiterhin
erfolgt durch die geringen Plattenabstände eine schnelle
Isolierung der Elektrodenplatten durch eine sich darauf
bildende nichtleitende Schicht aus während der Elektrolyse
entstehenden Ausflockungen. Weiterhin ist der Boden der
Elektrolysekammer strömungstechnisch ungünstig ausgebildet.
Durch die konische Erweiterung der Aufflockungskammer wird
die Strömungswirkung rasch und bis auf Unwirksamkeit
abgebaut und außerdem ein relativ großer Platzbedarf
benötigt. Um die elektrisch nicht leitenden Teilchen in
ständige Bewegung zu versetzen ist am unteren Bereich der
Elektrolysekammer ein Gebläse angeordnet.
Bei einer Wasserreinigungseinrichtung für die Verwendung
mit Aquarien gemäß US 4,212,724-A wird Wasser aus dem
Aquarium abgepumpt, einem mit Elektroden versehenen
Behälter zugeführt und nach Reinigung und Filterung wieder
zurückgeführt. Da das Zuführen von oben und das Rückführen
durch einen halbkreisförmigen Behälterboden erfolgt, ist
nur eine geringe Verwirbelung der Wirbelkörper und damit
nur eine geringe Reinigungsleistung zu verzeichnen.
Eine Vorrichtung zur Reinigung von Schmutzwässern gemäß
DE 43 29 272 C1 läßt das Wasser seitlich eines abgerundeten
Behälterbodens eintreten, um es am oberen Rand des
Behälters in ein Beruhigungsbecken wieder austreten zu
lassen. Dabei werden lediglich die in der Mitte des
Behälterbodens liegenden Wirbelkörper von der Strömung
erfaßt, während die übrigen in relativer Ruhe verharren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum
Reinigen von Wasser nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 zu schaffen, die eine bessere
Reinigungsleistung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Vorrichtung zum Reinigen von Wasser umfaßt ein
Gehäuse, in welchem Elektroden angeordnet sind, einen
Zulauf für das zu reinigende Wasser, einen Ablauf für das
Bewegen des Wassers im Kreislauf, einen Abfluß für die
Entleerung des Gehäuses und Wirbelkörper, die teilweise
oder vollständig elektrisch leitend sind. Erfindungsgemäß
weist der Bodenbereich des Gehäuses in einer Ebene eine
halbkreisförmig abgerundete Form und in der dazu im Winkel
von 90 Grad liegenden Ebene eine sich nach unten
verjüngende Form auf, wobei der Zulauf mittig zu dem sich
trapezförmig verjüngenden Bodenbereich in Bodennähe mündet,
um eine Strömung entlang des sich halbkreisförmig
verjüngenden Bodenbereichs zu erzeugen, und die Elektroden
dem Bodenbereich nachgeformt und parallel zur
Strömungsrichtung angeordnet sind. Von der Strömung werden
alle Wirbelkörper erfaßt. Die Reinigungsleistung ist
entsprechend hoch. Mit der Vorrichtung kann Wasser mit
geringem elektrischen Leitwert ohne starken Verschleiß der
Elektroden und sich bildende Ausflockungen an den
Elektrodenplatten gereinigt werden, wobei die Einrichtung
einen geringen Platzbedarf benötigt und eine
strömungstechnisch günstige Form aufweist.
Zwischen dem Ablauf und dem Zulauf sind eine Bypassleitung
und eine Pumpe angeordnet, durch welche im Umwälzbetrieb
das zu reinigende Wasser über den Ablauf und einen dem
Ablauf zugeordneten Filter abgesaugt und über den Zulauf
dem Gehäuse wieder zugeführt wird. Der Zulauf ist dann
vorzugsweise innerhalb des Behälters geführt.
Der Ablauf kann aber auch unter Zwischenschaltung eines
Filters direkt in den Zulauf führen, wobei zwischen dessen
ablaufseitiger Anschlußstelle und dessen gehäuseseitiger
Mündung eine Pumpe angeordnet ist. In diesem Fall ist der
Zulauf vorzugsweise außerhalb des Behälters geführt.
In beiden Fällen kann der Boden einen mit einer
Siebfläche versehenen Abfluß aufweisen.
Das zu reinigende Wasser wird an Elektroden
unterschiedlicher Polarität vorbeigeführt, wobei die
Elektroden von einem bewegten Bett aus Wirbelkörpern
umgeben sind, die eine höhere Dichte als das zu reinigende
Wasser aufweisen. Ein Teil oder alle Wirbelkörper bestehen
aus elektrisch leitendem Material, so daß während der
Elektrolyse über die sich bei Berührung mit den Elektroden
elektrisch aufladenden Wirbelkörper eine Erhöhung der
aktiven Elektrodenoberfläche erfolgt. Dadurch wird die
Reinigungswirkung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen
wesentlich verbessert. Weiterhin bilden sich durch die
Berührung der Wirbelkörper untereinander und durch den
Abrieb ständig hoch oxydative und elektrochemisch aktive
Metalloberflächen an den Wirbelkörpern. Durch die sich
zwischen den Elektroden bewegenden elektrisch geladenen
Wirbelkörper wird weiterhin einerseits eine temporäre und
lokale Überhöhung des Gradienten des elektrischen Feldes
zwischen den Elektroden andererseits eine Reinigung der
Elektrodenflächen erzielt. Durch die Bewegung der
Wirbelkörper und der sich ständig ändernden Ladungen wird
ein ständiges Wechselfeld erzeugt.
Die Bewegung der Wirbelkörper wird durch eine Strömung
des Wassers erzeugt. Dies kann über eine Einströmöffnung,
eine Pumpe oder ein Rührgerät erfolgen. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren kann stark verunreinigtes
Wasser mit Verunreinigungen in Form von Ölen, Fetten,
Kohlenwasserstoffen, Tensiden, Phosphaten, Schwermetallen,
Schwebeteilchen organischer und anorganischer Art und
anderen Belastungsstoffen gereinigt werden. Dabei ist es
möglich, daß Wasser mit geringem Leitwert bei hoher
Effektivität aufbereitet werden kann. An die Elektrode kann
bedarfsweise Gleich- oder Wechselstrom angelegt werden,
wobei die anliegende Spannung vorzugsweise 2 bis 65 Volt
beträgt.
Die Vorrichtung weist einen Zulauf für das zu reinigende
Wasser, einen Abfluß für die Entleerung des Gehäuses, einen
Ablauf für das mit ausgeflockten Verunreinigungen versehene
Wasser auf. In dem Gehäuse befinden sich die Elektroden und
eine Schüttung aus Wirbelkörpern. Zumindest ein Teil oder
alle Wirbelkörper besteht aus elektrisch leitendem
Werkstoff, wobei vorzugsweise Eisengranulat, Graphit,
Aluminium oder andere geeignete elektrisch leitende
Werkstoffe zum Einsatz kommen. Auch Gemische aus leitenden
und nichtleitenden Materialien sind möglich. Als eine Form
der Eisengranalien kann beispielsweise Walzzunder als
Wirbelkörper eingesetzt werden. Dieser fällt als
Abfallprodukt in Walzwerken an und ist daher sehr
preisgünstig.
Der Abstand der Elektroden sollte in etwa dem eineinhalb
bis zehnfachen der Korngröße der Wirbelkörper entsprechen
um eine optimale Reinigungswirkung zu erzielen. Dabei kann
die Dicke der Elektroden gleich oder unterschiedlich sein.
Die Eintauchtiefe der Elektroden sollte so gewählt werden,
daß ein definierter Abstand zum Bodenbereich des Behälters
gegeben ist und die Strömung des Wassers und somit der
Wirbelkörper optimal ist.
Dabei können die einzelnen Elektroden in Abhängigkeit von
der Bodenform des Behälters ausgebildet sein und auch eine
der Bodenform des Behälters angepaßte unterschiedliche
Eintauchtiefe aufweisen. Der Boden des Gehäuses ist
strömungstechnisch vorteilhaft ausgebildet, und hat
vorzugsweise eine im wesentlichen halbkreisförmige Form.
Vorteilhafterweise besteht das Gehäuse aus Kunststoff
oder einem ähnlichem elektrisch nicht leitendem Werkstoff.
Es ist jedoch auch möglich, das Gehäuse aus metallischem
Werkstoff herzustellen, wobei im Falle des Anlegens von
Gleichstrom an das Gehäuse der Minuspol angeschlossen wird.
Im Bodenbereich des Behälters sind Mittel zur Erzeugung
einer Strömung vorgesehen. Dazu kann beispielsweise ein
Tauchrohr für die Zuführung des Wassers bis nahe zum
Bodenbereich des Behälters reichen. Die mehrfache Umwälzung
des Wasser erfolgt über eine Pumpe.
Mit der Lösung wird durch die Bewegung und die
elektrische Ladung der Wirbelkörper eine Selbstreinigung
der Platten gewährleistet und somit der Reinigungsprozeß
beschleunigt. Durch die temporäre und lokale Überhöhung des
Gradienten des elektrischen Feldes zwischen den aktivierten
Elektroden und den metallischen Wirbelkörpern werden diese
Abreinigungswirkungen selbst bei geringen Leitwerten des
Wassers gewährleistet.
Die in dieser "Wirbelbettaufbereitung" entstehenden
Hydroxydflocken, in welche die ausoxydierten Belastungs
stoffe eingebunden sind, werden in einer nachfolgenden
Filtrationsstufe aus dem Wasser gefiltert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Reinigungsvorrichtung in Vorderansicht,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung gem. Fig. 1,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung in
Vorderansicht,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße
Reinigungsvorrichtung in Vorderansicht und
Fig. 6 eine Schnittdarstellung gemäß Fig. 5.
In Fig. 1 und 2 ist die Prinzipdarstellung einer
Reinigungsvorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung weist
einen Behälter 1 mit einem Zulauf 2 für das zu reinigende
Wasser, einen Abfluß 3 für die Entleerung und einen Ablauf
4 für das mit ausgeflockten Verunreinigungen versehene
Wasser auf. Der Boden 1.1 des Behälters ist halbkreisförmig
ausgebildet. Der Zulauf 2 ist in Form eines Tauchrohres
ausgebildet, das bis nahe an den Boden 1.1 des Behälters 1
heranführt. Dieses ist z. B. aus Kunststoff oder anderem
Material ausgebildet. Der Abfluß 3 wird im Boden 1.1 des
Behälters 1 möglichst an der tiefsten Stelle angeordnet, um
ein rückstandsfreies Entleeren zu gewährleisten. Eine
Siebfläche S1 hält die Wirbelkörper zurück. Der Ablauf 4
ist im oberen Bereich einer Seitenwand des Behälters
angeordnet. Zwischen Ablauf 4 und Zulauf 2 ist eine Pumpe 5
angeordnet. Diese saugt im Umwälzbetrieb das Wasser über
den Ablauf 4 ab und führt es über das Tauchrohr wieder zu.
Um die Pumpe und das Leitungssystem vor Verunreinigungen
und Wirbelkörpern zu schützen, ist im Bereich des Ablaufes
ein Filter S2 vorgesehen.
Die Elektroden 7 sind in Form von Platten ausgebildet und
ragen bis in den Bodenbereich des Behälters und verjüngen
sich nach unten trapezförmig. Es wäre auch möglich, das in
Richtung zum Boden 1.1 weisende Ende der Elektroden
halbkreisförmig auszubilden. Der Schnitt A-A gem. Fig. 1
wird in Fig. 2 gezeigt. Der Behälter 1 verjüngt sich nach
unten trapezförmig; dies wäre ebenfalls halbkreisförmig
möglich. Die in der Mitte angeordneten Elektroden ragen
tiefer als die seitlich angeordneten Elektroden in den
Behälter hinein. Das nach unten weisende Ende der
Elektroden 7 folgt somit dem Anstieg des Bodens 1.1 des
Behälters 1.
Vor oder nach Einfüllen der zu reinigenden Flüssigkeit
wird eine Schüttung der Wirbelkörper in den Behälter 1
gefüllt.
Im Betriebszustand ragen die Elektroden 7 etwas über den
Flüssigkeitspegel hinaus. Die Spannung wird den Elektroden
zugeschalten und im Umwälzbetrieb das Wasser durch die
Pumpe 5 über den Ablauf 4 und den Filter S2 abgesaugt und
über das Tauchrohr 2 dem Behälter mittig wieder zugeführt.
Durch den über die Pumpe erzeugten Druck werden die
Wirbelkörper in Bewegung versetzt. Dabei wirkt sich die
strömungstechnisch günstige Gestaltung für die Umwälzung
des Wassers günstig aus. Es wird durch das seitlich
angeordnete und bis in den Bodenbereich ragende Tauchrohr
praktisch eine in Pfeilrichtung wirkende Umwälzung
(Kreislauf) erzeugt. Die durch die Wasserströmung in
Bewegung versetzten elektrisch leitfähigen Wirbelkörper
gelangen unter anderem zwischen die Elektroden und laden
sich elektrisch auf. Dadurch wird eine Erhöhung der
aktiven Elektrodenoberfläche erzielt. Über den sich bei der
Berührung der Wirbelkörper untereinander bildenden Abrieb
werden weiterhin ständig hoch oxidative und elektrochemisch
aktive Metalloberflächen an den Wirbelkörpern gebildet.
Weiterhin erfolgt über die sich zwischen den Elektroden
bewegenden elektrisch geladenen Wirbelkörper einerseits
eine temporäre und lokale Überhöhung des Gradienten des
elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und
andererseits eine Reinigung der Elektrodenflächen.
Neben dem beschriebenen Umwälzbetrieb, bei welchem das
Wasser in den Behälter eingefüllt, einen definierten
Zeitraum behandelt und anschließend über die Entleerung 3
wieder abgelassen wird, ist auch ein kontinuierlicher
Durchflußbetrieb möglich. In diesem Fall ist der Ablauf
nicht mit dem Zulauf über eine Pumpe verbunden, sondern es
ist, wie gestrichelt dargestellt im oberen Bereich ein
Ablauf 10 für das mit Ausflockungen angereicherte Wasser
vorgesehen und ebenfalls mit einer Siebfläche S2 versehen,
welche die Wirbelkörper zurückhält.
Die Zuführung des zu reinigenden Wassers sollte wie in
der vorgenannt beschriebenen Ausführung möglichst im
Bodenbereich erfolgen.
Neben der Erzeugung der Strömung durch das mit Druck
einfließende Wasser kann die Wasserbewegung auch über ein
Rührgerät, Druckdüsen oder ähnliche erfolgen.
Es können alle Wirbelkörper aus elektrisch leitendem
Werkstoff ausgebildet sei, es ist jedoch auch möglich, eine
Mischung mit elektrisch nicht leitenden Wirbelkörpern
einzusetzen. Die elektrisch nicht leitenden Wirbelkörper
können z. B. aus sortiertem Steinsplitt oder Quarzkies
bestehen und erhöhen die Reinigungswirkung an den
Elektroden 7.
In Fig. 3 und 4 ist eine erfindungsgemäße
Reinigungsvorrichtung dargestellt, bei der das Tauchrohr 2
mittig in dem sich trapezförmig verjüngenden Bodenbereich
in Bodennähe mündet. An dieser Mündungsstelle des
Tauchrohres 2 bildet der Boden 1.1 einen engen
kanalförmigen Bereich (Fig. 4), in dem die Strömung alle
auf dem Boden befindlichen Wirbelkörper 9 erfaßt und eine
die Reinigungsleistung erhöhende starke Verwirbelung
erzeugt.
Fig. 5 und 6 zeigen eine erfindungsgemäße
Reinigungsvorrichtung, bei der statt eines Tauchrohres 2
ein außerhalb des Gehäuses 1 geführter Zulauf 2 zum Einsatz
kommt. Dieser besteht aus einem oberen Abschnitt A, über
den das Schmutzwasser 8 zugeführt wird, einem mittleren
Abschnitt B, in den der Ablauf 4 mündet, um vorgereinigtes
Wasser nach Filterung mittels vorgeschaltetem
Saugkammersieb S2 einem erneuten Reinigungskreislauf
zuzuführen, und einem unteren Abschnitt C, in dem der
Zulauf 2 im untersten Bodenbereich mittig zwischen den sich
schräg nach unten verjüngenden Seitenwänden 1.2 durch das
Gehäuse 1 hindurchtritt, so daß die Strömung, welche von
einer in den Zulauf 2 geschalteten Pumpe 5 erzeugt wird,
durch die mittige Einleitung wiederum alle am Boden 1.1
befindlichen Wirbelkörper erfaßt und effektiv verwirbelt.
Mit der Erfindung wird insgesamt eine Möglichkeit der
effektiven Reinigung von stark trübem Wasser und/oder
Wasser mit sehr geringem Leitwert geschaffen, was bisher in
dieser Form noch nicht möglich war. Weiterhin ist eine
Betriebskostensenkung möglich, da die Metallopferung zur
Flockenbildung vorwiegend durch preiswerte Abfallgranalien
erfolgt.
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Reinigen von Wasser, mit einem Gehäuse
(1), in welchem Elektroden (7) angeordnet sind, einem
Zulauf (2) für das zu reinigende Wasser (8), einem Ablauf
(4) für das Bewegen des Wassers (8) im Kreislauf, einem
Abfluß (3) für die Entleerung des Gehäuses (1) und
Wirbelkörpern (9), die teilweise oder vollständig
elektrisch leitend sind, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Bodenbereich des Gehäuses (1) in einer Ebene eine halbkreisförmig abgerundete Form und in der dazu im Winkel von 90 Grad liegenden Ebene eine sich nach unten trapezförmig verjüngende Form aufweist, wobei
- - der Zulauf (2) mittig zu dem sich trapezförmig verjüngenden Bodenbereich in Bodennähe mündet, um eine Strömung entlang des sich halbkreisförmig verjüngenden Bodenbereichs zu erzeugen, und
- - die Elektroden (7) dem Bodenbereich nachgeformt und parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Ablauf (4) und dem Zulauf (2) eine
Bypassleitung und eine Pumpe (5) oder ein Rührwerk
angeordnet sind, durch welche im Umwälzbetrieb das zu
reinigende Wasser (8) über den Ablauf (4) und einen dem
Ablauf (4) zugeordneten Filter (S2) abgesaugt und über den
mittigen Zulauf (2) dem Gehäuse (1) wieder zugeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zulauf (2) innerhalb des Gehäuses (1) geführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ablauf (4) unter Zwischenschaltung eines Filters (S2)
direkt in den Zulauf (2) führt und zwischen dessen
ablaufseitiger Anschlußstelle und dessen gehäuseseitiger
Mündung ein Rührwerk oder eine Pumpe (5) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zulauf (2) außerhalb des Gehäuses (1) geführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (1.1) einen mit
einer Siebfläche (S1) versehenen Abfluß (3) aufweist.
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