DE2226324B2 - Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser - Google Patents
Verfahren zur Reinigung von LeitungswasserInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zxu~ Reinigung von Leitungswasser, das in der
elektronischen, medizinischen, Nahrungsmittelindustrie
und in anderen Industriezweigen angewendet wird.
Es ist bekannt, für die Herstellung von reinem Wasser,
das von den Beimengungen mechanischen, chemischen und bakteriologischen Charakters frei ist, komplizierte
Reinigungsschemen anzuwenden, die kostspielige Operationen zum Koagulieren mit Elektrolyten, Ionenaustauscheranlagen
und mechanische Filter enthalten.
Der Hauptnächteil dieser Verfahren zur Reinigung von Wasser ist es, daß sie es nickt, möglich machen,
Wasser zu erhalten, das von uen mechanischen feinstverteilten Beimengungen von
<0,l um Korngröße, die im wesentlichen durch Teilchen von Hydroglimmer
und Kalzit vertreten sind, restlos gereinigt ist Die Anwesenheit dieser Teilchen im Wasser, das z. B. zum
Waschen von Teilen in der elektronischen Industrie verwendet wird, wirkt sich auf die Qualität der
Erzeugnisse negativ aus.
Es sind Verfahren zur Behandlung (Reinigung von Abwasser und Rohwasser aus Wasserbecken) durch
elektrolytische Koagulation bekannt So ist beispielsweise in dem Verfahren und der Einrichtung (US-PS
35 23 891) ein zweistufiges Schema zur Behandlung von Abwässern beschrieben, das eine Elektrolysezelle der
ersten Stufe zur Erzeugung von Flocken des Metallhydroxids und eine Vorrichtung zum Herstellen und
Durchletten von Ozon durch die Elektrolyse zeigt wobei das Ozon als desinfizierendes und transportierendes
Mittel dient Die zweite Stufe zur Reinigung von Wasser ist analog der ersten und dient zur Kontrollreinigung
des Wassers. Nach dieser Technologie sorbiert das »ich während der Elektrolyse bildende Metallhydroxid
unmittelbar in der Wanne der Elektrolysezelle auf sich die suspendierten festen Beimengungen, wandert in
Form von Flocken dank den Ozonbläschen nach oben und bildet an der Oberfläche des Wanneninhalts eine
Schaumschicht Die letztere wird mitteis einer Vakuumpumpe entfernt
Es ist ein anderes Verfahren zur Reinigung von Rohwasser aus Wasserbecken bekannt (siehe z. B.
DE-PS 12 74 042), wo man das Wasser durch eine Elektrolysezelle mit Aluminiumelektroden leitet, wobei
das sich bildende Aluminiumhydroxid (AJ(OH)3) als
Flockungsmittel for die im Wasser, befindlichen
verschiedenen Beimengungen dient, Nach der Elektrolysezelle
tritt das Wasser in ein Absetzbecken, wo sich
das Aluminiumhydroxid in Form von Flocken mit den darauf adsorbierten dispersen Teilchen unter der
Schwerkraft auf den Boden des Absetzbeckens absetzt, während das gereinigte Wasser zur weiteren Reinigung
geleitet wird,
Die beiden bekannten Verfahren sind für die Reinigung von solchem Wasser bestimmt, das eine
bedeutende Menge grobsuspendierter Beimengungen enthält; dabei kann mit dem Metallhydroxid die
Hauptmenge dieser Beimengungen entfernt werden, während durch die anscbließende.Reinigung das Wasser
erst für Genuß- und wirtschaftliche Zwecke verwendbar
Bei der Herstellung von besonders reinem Wasser, wo als Ausgangswasser das zum Trinken verwendete
Leitungswasser dient sind diese Verfahren ungeeignet weil die Ausflockung mit dem Metallhydroxid im
Volumen des Wassers (des Apparates) eine restlose Entfernung nicht gewährleisten kann. Die Flocken des
Metallhydroxids sind nämlich im Wasser suspendiert
d. h. voneinander isoliert und die Möglichkeit eines
Zusammentreffens derselben mit den feinstverteilten Teilchen ist natürlich gering.
Deshalb verwendet man gegenwärtig für die elektronische und medizinische Industrie durch Destillation
gereinigtes Wasser. Dieses Verfahren zur Reinigung von Wasser ist wenig leistungsfähig und kostspielig, weil
für die Destillation von 1 m* Wasser der Aufwand an
nigung bekannt (DE-PS 12 74 042; Prakt Chemie, 15, Heft 2 [1964], S. 80; »Vom Wasser«, Band XXXIV, 1967,
Seiten 97 bis 103; »Vom Wasser«, Band XXXV, 1968, Seiten 382 bis 384). Demgegenüber unterscheidet sich
das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß aufgrund der neuen Parameter eine besonders leicht filtrierbare
Flockung (durch pH) und sine ν sonders günstige
Filtration dieser Flockung (Korngröße und Filtriergeschwindigkeit)
erzielt wird. Das Zusammenwirken dieser Parameter ist durch den zuletzt genannten Stand
der Technik nicht nahegelegt und zudem aus diesem als Kombination nicht zu erkennen. Die Wirkung gerade
dieser Kombination von elektrolytischer Flockung und Filtration ist besonders eindeutig aus den Daten der
Tabelle 5 ersichtlich. Es handelt sich also bei dem Erfindungsgegenstand um eine besonders wirksame
Nachbehandlung eines vorbehandelten Wassers.
Der Erfindung wurde also die Aufgabe zugrundegelegt ein Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser
zu entwickeln, bei welchem möglichst günstige Bedingungen für den Kontakt des Metallhydroxids als
besonders gutes Flockungsmittel mit dispersen Teilchen, die im Wasser enthalten sind, geschaffen werden,
wodurch es möglich wird, bei einem unbedeutenden Aufwand in erforderlichen Mengen besonders reines
Die gestellte Aufgabe wird wie aus den vorangestellten Patentansprüchen ersichtlich, gelöst
Das Metallhydroxid ist ein aktives Flockungsmittel für feinstverteilte Teilchen und weist ein hohes
Wasserdurchdringungsvermögen auf. Dadurch macht die Verwendung des Metallhydroxids in Form einer
Wasserdurchdringungsschicht, die eine hohe Adsorptionsaktivität besitzt, es möglich, eine kontinuierliche
und wirksame WasserreinigHng durchzufahren;
Es ist zweckmäßig, daß sich die Schicht des
Metallhydroxids an der Oberfläche der Schicht des
festen körnigen Materials während der Elektrolyse
absetzt .
Es ist auch zweckmäßig, daß sich die Schicht des Metallhydroxids an der Oberfläche der Schicht des
festen körnigen Materials periodisch unter periodischer Durchführung der Elektrolyse absetzt, wodurch es
möglich wird, den Aufwand für die Wasserreinigung bedeutend zu senken.
Man führt die Elektrolyse bei einem pH-Wert von 7,2
bis 8,2 durch, weil bei diesen pH-Werten die größte
Ausscheidung von Eisenhydroxid bei der Elektrolyse beobachtet wird.
Die Elektrolyse kann unter Verwendung zusätzlicher nichtoxydierbarer Anoden durchgeführt werden, da
während der Elektrolyse eine zusätzliche Menge von Sauerstoff erhalten wird, der bekanntlich MetalI(II)-hydroxid
zu Metall(III)-hydroxid oxidiert, wodurch die
Leistungsfähigkeit der Anlage erhöht wird.
Man leitet also das zu reinigende Wasser durch die Schicht des Hydroxids und die Schicht des körnigen
Materials mit einer Geschwindigkeit von nichlmehr als 3 m/St Eine Steigerung der Filtrationsgeschwbdigkeit
auf mehr als 3 m/St verringert die Lebensdauer der Anlage und senkt die Qualität der Wasserreinigung, weil
es zu einem aktiven Austragen der Flocken des Metallhydroxids aus der oberen Schicht, einer Zerstörung
der Hydroxidschicht und einem Austragen der Flocken durch die Schicht des körnigen Materials
kommt
Man verwendet ferner als festes wasserunlösliches körniges Material sulfierte Kohle, Anthrazit oder deren
Gemisch mit einer Korngröße von 0,25 bis 3 mm, wodurch sich die Hauptmasse des Metallhydroxids in
einer Schicht auf der Oberfläche des körnigen Materials absetzt und nur ein unbedeutender Teil des Metallhydroxids
in den Zwischenporenraum des körnigen Materials eir !ringt und dadurch einen zusätzlichen
Kontakt des zu reinigenden Wassers mit dem Metallhydroxid nicht nur in der Hydroxidschicht,
sondern auch in dem Zwischenporenraum des körnigen Materials, d. h. zusätzliche Bedingungen für die Klärung
des Wassers gewährleistet
Der Ausdruck »sulfierte Kohle« entspricht GOST 5696 (1974). Sulfierte Kohle wird durch Sulfierung von
Steinkohle hergestellt und dient als schwacher Kationit zur Wasserenthärtung, Senkung der Alkalinität und
anderen Zwecken. Erfindungsgemäß wird sulfierte Kohle als übliches, körniges Filtrationsmaterial in Form
eines neuen Produktes bzw. nach Behandlung desselben als Kationit eingesetzt
Nachstehend wird die Beschreibung eines konkreten Beispiels für die Ausführung der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnung angeführt in der das Schema der Anlage zur Reinigung von Leitungswasser
dargestellt ist
Die Anlage zur Reinigung von Leitungswasser enthält eine Elektrolysezelle 1, die einen Behälter
darstellt dem in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung Leitungswasser zugeführt wird und in dem
vertikal angeordnete Metallelektroden (Eisen- oder Aluminiumelektroden) 2 untergebracht sind. Die Elektrolysezellen
können offen oder geschlossen sein und ohne Oberdruck bzw. unter Überdruck betrieben
v/erden.
zweckmäßig Eisenelektroden, weil man die Aluminiumelektroden
in dem Falle vorteilhaft verwendet, wenn das zu behandelnde Wasser eine saure Reaktion (pH «5 bis
7) und eine genügend hohe Temperatur (25 bis 45°C)
aufweist
ßej diesen Parametern ist die Löslichkeit des Alurainiumhydroxids, AI(OH)* die niedrigste. In allen
anderen Fällen reichert sich das tu reinigende Wasser
mit Aluminiumionen, d,h. Al+++, an, die durch eine
ίο zusätzliche Behandlung entfernt werden müssen.
Die Praxis zeigt aber, daß das Leitungswasser und das Wasser natürlicher Verbrauchsquellen eine neuüale
oder schwach alkalische Reaktion aufweist Deshalb ist es nicht notwendig, Alummiumelektroden zu verwenden.
Beim Betrieb der Elektrolysezelle 1 unter Überdruck wird das zu behandelnde Wasser durch die Rohrleitung
in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung dem Entgaser 3 zugeführt der durch eine Rohrleitung mit
dem Filter 4 verbunden ist In dem Filter, 4 ist eine
Schicht 5 des festen wasserunlöslichen körnigen Materials mit einer Korngröße vor. 0,25 bis 3 mm
angeordnet Als körniges Material verwendet man sulfierte Kohle, Anthrazit oder deren Gemische.
Das Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser auf
einer solchen Anlage wird wie folgt durchgeführt Das Leitungswasser wird der Elektrolysezelle 1 zugeführt In
dieser Zeit wird auf die Elektroden Gleichspannung angelegt Dabei kommt es zur Auflösung der Eisenanode
unter Bildung von Eisen(II)-hydroxid, Fe(0H)2, zum Teil von Eisen(III)-hydroxid, Fa[OH)3, und Ausscheidung
des Sauerstoffes und Wassers offes. Im weiteren geht das Eisen(II)-hydroxid in Eisern III)-hydroxid über,
wobei bekannt ist daß das Eisen(II)-nydroxid bei einem pH-Wert von 9 bis 9,5 und das Eisen(III)-hydroxid bei
niedrigeren pH-Werten koaguliert Deshalb muß das Eisen(II)-hydroxid, Fe(0H)2 zur normalen Koagulation
zu Fe(OH)3 oxydiert werden. Dies wird erreicht durch die Oxydation von Eisen(II)-hydroxid mit dem in Wasser
gelösten Sauerstoff, der sich während der Elektrolyse an den nichtoxydierbaren Anoden 6 bildet die in der
Elektrolysezelle 1 angeordnet sind. Jedoch vollzieht sich die O.tydation von Eisen(II)-hydroxid, Fe(OH)2, mit dem
in Wasser gelösten Sauerstoff bei einem pH-Wert von
>7,0. Bei ungenügenden pH-Werten oder bei einem Sauerstoffmangel kann das Eisen in das Filtrat als Fe+ +
treten.
Auf experimentellem Wege wurde festgestellt daß die geringste Menge von Eisen im Filtrat dann
so beobachtet wird, wenn die Behandlung des Ausgangswassers
bei einem pH-Wert von 7,2 bis 8,2 durchgeführt wird.
Während der Bildung des Eisen(lII)-hydroxids kommt es zur Oxydation einiger Beimengungen im Wasser
durch fan Sauerstoff und zum Vermischen des Wassers
mit dem Eisen(III)-hydroxid, bei dein sich eine teilweise Adsorption hochdispnrser und kolloider Beimengungen
an der Oberfläche der Flocken von Eisen(III)-hydroxid vollzieht
μ Das zu reinigende Wasser wird zusammen mit dem
Eisen(III)-hydroxid, Ve(OH)3, dem Entgaser 3 zugeführt
wo aus der Lösung der Wasserstoff und der überschüssige Sauerstoff ausgeschieden und ir. der
durch den Pfeil C angedeuteten Richtung entfernt werden. Hier kommt es zu einem weiteren Vermischen
des Wassers mit dem Flockungsmittel (dem Eisen(III)-hydroxid) und zur Adsorption der Wasserbeimengungen.
Aus dem Entgaser 3 wird das Gemisch von Wasser mit dem Eisen(IH)-hydroxid und den adsorbierten
Teilchen in der durch den Pfeil D angedeuteten Richtung in das Filter 4 auf die Schicht 5 aus dem festen
wasserunlöslichen körnigen Material geleitet.
Dabei fällt aus der Lösung auf der Schicht 5 des körnigen Materials das Eisen(lll)-hydroxid zum Niederschlag
aus, d. h. es bildet sich über der Schicht 5 des körnigen Materials eine zusätzliche Filterschicht 7 aus
den Flocken des Eisen(III)-hydroxids und die Filtration
des Wassers erfolgt zunächst durch die Schicht 7 des Eisen(III)-hydroxids und dann durch die Schicht S des
körnigen Materials. Dabei kommt es zu einer vollständigen intensiven Adsorption der Beimengungen in der
Schicht 7 des Eisen(III)-hydroxids und der Schicht 5 des körnigen Materials. Das gereinigte Wasser wird in der
durch den Pfeil fangedeuteten Richtung entfernt.
Die Geschwindigkeit des durchgeleiteten gereinigten Wassers durch die genannten Schichten 5 und 7 darf
3 m/St nicht übersteigen, weil die Geschwindigkeit der Filtrierung, des Durchleitens von Wasser, durch die
Festigkeit der Flocken des Eisen(lll)-hydroxids, Fe(OH)3, und die Kräfte der Wechselwirkung zwischen
dem Material der körnigen Schicht 5 des Filters und den Flocken des Eisen(III)-hydroxids begrenzt wird.
Bei einer Geschwindigkeit von mehr als 3 m/St treten die Flocken durch die Schicht 7, werden zerstört und das
Eisen(lll)-hydroxid tritt in das Filtrat.
Beim Betrieb der Anlage kann die Elektrolysezelle 1 unter folgenden Bedingungen betrieben werden:
a) kontinuierlich mit konstanter Strombelastung (die Stromstärke in der Elektrolysezelle wird beim
b) kontinuierlich mit wechselnder Strombelastung (die Stromstärke wird in der Anfangsperiode des
Betriebes für einige Zeit zur Verkürzung der Dauer
ίο der Bildung der Eisen(IH)-hydroxidschicht auf der
körnigen Schicht vergrößert);
c) diskontinuierlich (nach der Bildung der Risen(lll)-hydroxidschicht
wird der Strom auf die Elektroden der Elektrolysezelle periodisch angelegt, z. B. 2
ι ■) Stunden Betrieb, 6 Stunden Pause).
Die Prüfungen ergaben, daß die in Wasser in Form von Teilchen verschiedener Dispersität (von den
grobdispersen bis zu den kolloiden) enthaltenen Beimengungen vom Wasser restlos abgetrennt werden.
Die Kontrolle der Trübheit des Wassers vor und nach der Reinigung erfolgte mit Hilfe eines Trübungsmessers.
Es wurden folgende Kennwerte der Trübheit des Wassers (nach dem Trübungsmesser) erhalten: Das
r> Wasser wies vor der Reinigung einen Index von 0,096. nach der Reinigung 0,000 auf.
Die optimalen Bedingungen für die Bildung des Eisen(III)-hydroxids sind in Tabelle 1 angeführt.
Stromstärke
Spannung
(V)
(V)
Leistung
(kW)
(kW)
Arbeitsfläche der Anode
(m2)
28
4,76
2,8
Stromdichte
pH
Fläche der nichtoxydierbaren Anode
7,4
63
Erfolgversprechend ist eine Vereinigung der Elektrokoagulationsbehandlung des Wassers mit dessen
anschließender Nachreinigung auf einer lonenaustauscheranlage.
Tabelle 2 enthält Ergebnisse der Herstellung von gereinigtem Wasser nach dem Schema lonenaustauscheranlage.
Elektrokoagulation
Bezeichnung der Reinigungs | Trocken | Eisen | Oxydier | Optische | Leitfähigkeit |
objekte | substanz | gehalt | barkeit | Dichte (nach | χ lO-'Ohm-' ■ cm-1 |
dem Trübungs- | |||||
mg/1 | mg/1 | mg/1 | messer) |
Leitungswasser 180 bis 240 0,48 3,44 bis
Wasser der lonenaus- 10 bis 15 0,013 13 bis
tauscheranlage (Leitungswasser)
Wasser nach der Elektro- 1 bis 4 0,012 0,8 bis 1,2
koagulation und der Ionenaustauscheranlage
0,034 bis 0,080
0,03 bis 0,04 0,6
0,03 bis 0,04 0,6
0.000
Tabelle 3 enthält Ergebnisse der Wasserreinigung nach dem Schema Elektrokoagulation — Filtration.
Tabelle 3
Bezeichnung der Reinigungsobjekte
Leitungswasser
Wasser nach der Elektrokoagulation und Filtration
Wasser nach der Elektrokoagulation und Filtration
Trocken- Härte Eisengehalt Oxydierbarkeit Optische Dichte
substanz (nach dem Trü
bungsmesser) mg/1 mgVal/1 mg/1 mg/1
180 bis 240 138 bis 1,93 0,48 bis 030 3,44 bis 530 0,034 bis 0,080
54 bis 78 030 bis 032 0,16 bis 032 1,1 bis 2,0 0,000
Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach in der Durchführung und erfordert keine speziellen kostspieligen
Ausrüstungen.
Eine wesentliche Voraussetzung für den Erhalt eines hohen Wasserreinigungsgrades, der erfindungsgemäß
erreicht wird, bildet die Herstellung eines Metallhydroxids mit großen Flocken nicht unter 3 mm, die sich durch
ihre bestimmte Struktur und Festigkeit auszeichnen. Gerade solche Flocken haben eine lose Struktur, mit
huiter Absorptionsfähigkeit. Sie halten kleinste Feststoffpartikel
mechanischer Beimengungen gut auf.
Eine Voraussetzung für den Erhalt solcher Flocken ist die Durchführung einer Elektrolyse bei pH-Werten von
7,2 bis 8,2. Die Vergrößerung der Flocken und die Absorption von Beimengungen durch letziere erfolgt
wie im Elektrolyseraum, als auch zum Zeitpunkt, wenn diese Flocken sich als Schicht auf der körnigen
Filterfüllung befinden. Eine solche Füllung muß eine hohe Absorptionsfähigkeit bezüglich Metallhydroxiden
aufweisen.
Aus Tabelle 4 sind die Untersuchungsergebnisse über den Filtrationszyklus in Abhängigkeit der Art der
Füllung ersichtlich.
Material
Dauer des Filtrationszyklus (Minuten)
Quarzsand
Anthrazit
Sulfierte Kohle
Anthrazit
Sulfierte Kohle
88
226
470
226
470
Anmerkung:
Die Filtrationsgeschwindigkeit ist gleich: 3 m/h. Die grami
lometrische Zusammensetzung der Körner des Filtermaterials ist gleich: 0,25 bis 3 mm.
Aus der Tabelle gehen die Vorteile der beanspruchten körnigen Füllung, sowie der Korngröße klar hervor. Sie
gewährleisten eine längere Schutzwirkung des Filters (für sulfierte Kohle um das Fünffache).
Der Vorteil des ertindungsgemäüen Verfahrens im Vergleich zur chemischen Koagulation ist aus folgender
Tabelle 5 klar zu ersehen.
Tabelle 5 | Optische Dichte |
pH | Trocken substanz mg/1 (Salzgehalt) |
O2 mg/1 |
Totalhärte mg-äqul |
Fe-Gehalt total mg/1 |
Oxydier barkeit mg/O2/l |
Probe | 0,072 0,006 reiner als das Destillat |
7,8 83 83 |
124,6 215,0 65,4 |
3,0 1,9 0,8 |
2,1 1,7 0,4 |
025 0 06 |
2,88 2,24 2,00 |
Leitungswasser F'itrat nach chemi scher Koagulation Filtrat nach Elektro- koagulation |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen | ||||||
Claims (2)
- Patentansprüche;J, Verfahren zur Reinigung γοη Leitungswasser, wobei man die im Wasser enthaltenen feindispersen, mechanischen Beimengungen durch Metallhydroxide entfernt, die auf elektrolytischem Wege erhalten worden sind, wonach man das so gereinigte Wasser durch eine Schicht eines festen unlöslichen körnigen Materials leitet, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu reinigende Wasser bei einem pH-Wert von 7,2 bis 8,2 elektrolysiert und anschließend Ober eine! sulfierte Kohle oder Anthrazit oder deren Gemische mit einer Korngröße von 0,25 bis 3,0 mm und bei einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 3 m/h leitet
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse unter Verwendung zusätzlicher nichtoxydierbarer Anoden durchgeführt wird.
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---|---|---|---|
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DE2226324C3 DE2226324C3 (de) | 1982-02-25 |
Family
ID=10241026
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (2)
Country | Link |
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GB (1) | GB1384919A (de) |
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-
1972
- 1972-05-30 DE DE19722226324 patent/DE2226324C3/de not_active Expired
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Publication number | Publication date |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |