DE2421266A1

DE2421266A1 - Apparat zur elektrolytischen abwasserbehandlung

Info

Publication number: DE2421266A1
Application number: DE19742421266
Authority: DE
Inventors: Tuyoshi Kato; Yoichi Kuji; Nagao Saito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1973-05-02
Filing date: 1974-05-02
Publication date: 1974-12-05
Also published as: DE2421266C3; DE2421266B2; FR2228037A1; FR2228037B1

Description

ME-168(F-6050)
1A-667

2. Mai 1974

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo , Japan

Apparat zur elektrolytischen Abwasserbehandlung

Die Erfindung "betrifft einen Apparat zur elektrolytischen Abwasserbehandlung mit einer Anode aus einem sich während der Elektrolyse unter Ionenbildung auflösenden Material, wodurch die Schmutzstoffe im Abwasser flockuliert werden und mit einer Kathode.

Elektrolytische Abwasserkläranlagen werden weithin verwendet. Diese dienen dazu, die in Suspension oder Lösung vorliegenden Stoffe zu flockulieren und zu entfernen. Hierzu wird der Flockuliereffekt von Aluminiumionen ausgenützt, welches aus einer Aluminiumelektrode durch Elektrolyse gebildet werden. Mit solchen Anlagen kann man Abwasser reinigen, welche unlösliche kolloidale Suspensionen oder Ionen von organischen oder anorganischen Verbindungen enthalten, wie z. B. Färbeabwässer, Abwasser der Nahrungsmittelindustrie, saure Abwässer oder dgl.

Im folgenden söLl unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Aufbau und die Arbeitsweise einer typischen herkömmlichen Anlage zur elektrolytischen Abwasserbehandlung erläutert werden. In Fig.1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein verschmutztes Abwasser, welches in einen Elektrolysator 9 eingeleitet wird; 3 bezeichnet eine Anode aus Aluminium und 4 eine Kathode aus Edelstahl oder aus Flußstahl. Es sind jeweils eine Vielzahl von Anodenplatten und Kathodenplatten parallel zueinander geschaltet und mit einer Gleichstromquelle 6 verbunden. 5 bezeichnet

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einen Auslass für das behandelte Abwasser.

In dieser Anlage wird das Aluminium der Anode 3 durch den zwischen den Elektroden fließenden Gleichstrom aufgelöst und bildet Aluminiumionen, wodurch die verunreinigenden Komponenten flockuliert werden. Dies ist auf die flockulierende Wirkung der Aluminiumionen zurückzuführen. Die gebildeten Flocken werden durch während der Elektrolyse gebildetes Gas (in der Hauptsache Wasserstoffgas, welches an der Kathode gebildet wird) flo^tiert und bilden eine schaumige Oberflächenschicht 9, welche auf der Oberfläche der Elektrolytlösung im Elektrolysator 9 schwimmt. Dieser Schaum 9 wird mittels eines Abstreifgerätes 7 abgestreift und das geklärte Wasser wird am Boden des Elektrolysators entlassen.

Bei dieser Anlage zur elektrolytischen Behandlung Wird jedoch der Äquivalentwiderstand zwischen den Elektroden plötzlich erhöht, wodurch ein Stromdurchgang verhindert wird. Dies ist auf eine Passivierung der Elektrodenoberfläche durch an der Oberfläche abgeschiedenes Material (im folgenden als Krusten bezeichnet) und durch an der Oberfläche abgesetztes Gas oder andere verunreinigende Materialien zurückzuführen. Aufgrund der Krustenbildung müssen die Elektroden häufig ausgetauscht werden. Darüber hinaus wird dieser inaktivierte Zustand nach mehreren 10 Stunden oder nach mehreren 100 Stunden kontinuierlichen Betriebs plötzlich und spontan ein. Diese Störungen sind sehr schwerwiegend.

Die elektrische Oberflächenstromdichte der Elektroden ist gewohnlich gering, wie etwa mehrere mA/cm . Demgemäß werden Elektroden mit großer Oberfläche verwendet und eine Vielzahl von Elektrodenplatten werden parallel zueinander angeordnet, und zwar mit einem Abstand von mehreren cm. Der Grund für die geringe Stromdichte der Elektroden besteht darin, die Geschwindigkeit des pro Flächeneinheit aufgelösten Metalls der Anode zu senken, so daß der Zeitpunkt, zu dem die Elektroden ausgetauscht werden müssen, relativ weit hinausgeschoben werden kann.

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Ferner soll es hierdurch ermöglicht werden, mit einer Stromquelle Ton mehreren 10 Volt zu arbeiten, wenn der Elektrodenspalt mehrere cm beträgt. Im folgenden soll die Behandlung eines Färbeabwassers erläutert werden. Dieses fließt mit einer Geschwindigkeit von 20 nr/h, wozu 50 ppm Aluminiumionen erforderlich sind. Der für die Elektrolyse erforderliche Strom beträgt etwa 3000 A und die Elektrodenfläche S ist durch die folgende Gleichung gegeben:

3000 A , ρ ₉

S = p- = 1500 χ 1(T cm = 150 m

2mA/cm

wobei für die Stromdichte J = 2 mA/cm gilt.

ρ Wenn eine Elektrodenplatte mit einer Fläche von 1 m verwendet " wird und ein Strom von beiden Flächen der Elektrode fließt, so sind etwa 75 solcher Anodenplatten erforderlich, d. h. insgesamt etwa 150 Elektroden. Demgemäß ist ein groß dimensionierter Elektrolysator erforderlich und der Austausch der Elektroden ist äußerst umständlich.

Gewöhnlich wird der spezifische Widerstand P des Abwassers durch Zugabe eines Elektrolyts herabgesetzt. Der spezifische Widerstand P kann etwa 500 JfLbetragen. Der Ohm'sche Spannungsabfall V zwischen den Elektroden wird durch die Gleichung V = JPg = 2 χ 10~⁵ χ 500 χ 5 = 5 Volt gegeben, wobei die Spaltbreite g zwischen den Elektroden mit 5 cm angenommen wird. Der'Äquivalentwiderstand im Spalt ist wesentlich höher als P aufgrund der Effekte der Krustenbildung und der Polarisation, so daß in der Praxis etwa 30 - 40 Volt angelegt werden müssen. Um nun auch im Falle eines sich erhöhenden Äquivalentwiderstandes der Elektroden (aufgrund von Krustenbildung) einen stabilen Stromfluss zu erreichen, verwendet man gewöhnlich eine Gleichstromquelle mit 50 - 100 Volt, so daß die bereitgestellte Spannung wesentlich höher ist als der Ohm'sche Abfall. Dies ist jedoch nicht wirtschaftlich, da stärkere Stromquellen erforderlich sind. Aber selbst bei Anwendung solcher starker Stromquellen kann die Passivierung der Elektroden,

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ζ. B. durch Krustenbildung oder dgl. nicht verhindert werden.

Ein Färbeabwasser enthält große Mengen Kolloidsubstanzen, so daß das Kolloid mit den Aluininiumionen, welche durch die elektrochemische Reaktion gebildet werden, flockuliert. Dabei erhält man ein geklärtes Abwasser. Bei den herkömmlichen Verfahren kommt eine Ablösung der durch Auflösung des Aluminiums und durch die anderen Terunreinigenden Materialien im Spalt, wie z. B. Wasserstoffgas (an der Kathode), gebildeten Oberflächenschicht en oder Krusten der Elektroden lediglich durch eine Selbstdiffusion zustande, da die Geschwindigkeit der elektrolytischen Lösung im Spalt zu gering ist. Daher ist die Polarisation auf der Oberfläche der Elektroden sehr groß. Als Elektrolytlösung wird ferner ein Abwasser mit einem hohen spezifischen Widerstand eingesetzt. Demgemäß ist es schwierig, die Elektrolyse unter hoher Stromkonzentration und Stromdichte durchzuführen. Gewöhnlih wird die Elektrolyse bei einer Stromkonzentration von etwa mehreren 100 mA/l und bei einer nfedrigen Stromdichte von mehreren 100 mA/dm durchgeführt. Um nun die coulomebrische Konzentration der Aluminiumionen zu erreichen, welche für die Klärung des Abwassers erforderlich ist, muß man während einer langen Zeitdauer elektrolysieren. Wenn das zu behandelnde Abwasser in großem Volumen vorliegt, so ist dieser Betrieb praktisch nicht durchführbar.

Darüber hinaus werden bei dem herkömmlichen Verfahren mit den von der Anode herausgelösten Aluminiumionen sehr feine Flocken gebildet, welche bei der Floatation sich nur langsam im Spalt von der Anode bewegen und die flo_wtierten Schaumteilchen 8 werden im Elektrolysator 9 mittels einer Abstreifvorrichtung entfernt. Gewöhnlich wird das an der Kathodenoberfläche während der Elektrolyse gebildete Wasserstoffgas als Flo^tationsgas zur Floatation der gebildeten Flocken verwendet. Der Abstand zwischen den Elektroden ist jedoch recht breit (10 - 100 mm), so daß das Wasserstoffgas nicht genügend diffundieren kann und die feinen Wasserstoffgasbläschen sich rasch zu großen Gasblasen

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vereinigen, welche mit großer Geschwindigkeit nach oben steigen. Hierdurch wird die Elektrolytlösung in gewisser Weise gerührt, so daß der Flo^tationseffekt herabgesetzt wird.

Die Abtrennung der florierten Flocken im Elektrolysator 9 geschieht während der Elektrolyse -zwischen den Elektroden. Dabei ist jedoch die Zeit, welche für die Bildung der Flocken aus der unlöslichen Suspension zur Verfügung steht, zu gering. Die Strömung des als Elektrolyt verwendeten Abwassers .im Spalt zwischen den Elektroden ist jedoch in Fig. 1 von oben nach unten gerichtet. Dabei werden die feinen Flocken in der Strömung mitgerissen und gelangen in das behandelte Abwasser 5. Daher ist ein völlig geklärtes Abwasser kaum oder nur schwer zu erreichen. Die herkömmlichen Apparaturen sind mit den obigen Nachteilen behaftet und es ist bisher kein Apparat zur elektrolytischen Abwasserklärung bekannt, welcher befriedigend arbeitet.

Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Apparat zur elektrolytischen Abwasserbehandlung der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher . in wirtschaftlicher Weise und mit . großer Geschwindigkeit zu einem völlig geklärten Abwasser führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Apparat zur elektrolytischen Abwasserreinigung mit einem Hochgeschwindigkeitselektrolysator ausgerüstet, welcher eine Anode und eine Kathode umfaßt, die unter Belassung eines Spaltes einander gegenüber stehen. Durch den Spalt wird zwangsmäßig ein Abwasser geführt, welches als elektrolytische Lösung dient. Dabei wird das Ano-denmaterial, wie Aluminium oder Eisen, aufgelöst und es bilden sich Aluminiumionen oder Eisenionen aufgrund der Elektrolyse im Arbeitsspalt. Ferner wird erfindungsgemäß der Abstand zwischen Anode und Kathode geregelt. Weiterhin besteht der Vorteil, daß der erfindungsgemäße Hochgeschwindigkeitselektrolysator zur elektrolytischen Klärung verschiedenster Abwasser geeignet ist.

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Der Spalt ist vorzugsweise sehr dünn.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Apparatur zur elektrolytischen Abwasserklärung;

Fig. 2 (a), (b) und (c) schematische Darstellungen des Prinzips der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Apparatur;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Abstandselementes in der Apparatur gemäß Fig. 3;

Fig. 5 (a) - (d) schematische Ansichten weiterer Ausführungsformen von Abstandselementen;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Apparatur;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Abwasserklärung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung für die erfindungsgemäße Apparatur;

Fig. 9 ein Phasendiagramm der Spaltspannung (Spaltlänge) gegen die Zeit bei der Steuerschaltung;

Fig.10 ein charakteristisches Diagramm der Spaltspannung zur Stromstärke in der Steuerschaltung;

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Pig.11 ein Arbeitsdiagramm der Schaltungen der Steuerschaltung;

Pig.12 eine schematische Darstellung einer weiteren Steuerschaltung;

Pig.13 ein Phasendiagramm des EntladungsStroms und der Spaltlänge gegen die Zeit "bei der Steuerschaltung gemäß Pig. 12;

Pig.14 eine Kennlinie der Spaltspannung gegen den Strom bei der Steuerschaltung gemäß Pig. 12;

Pig.15 ein Arbeitsdiagramm der Schaltungen in der Steuerschaltung gemäß Fig. 12;

Pig.16 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Apparats;

Pig.17,18 und 19 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Apparatur.

Fig. 2 zeigt einen Hochgeschwindigkeitselektrolysator 15 für die elektrolytische Abwasserklärung mit Elektroden 10, Die Anode 10 besteht aus Aluminium. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Anode und das Bezugszeichen 11 eine Kathode aus Edelstahl oder Flußstahl. Das Abwasser 1 für die elektrolytische Behandlung wird zwangsmäßig durch den dünnen Spalt 12 zwischen Anode und Kathode gedruckt. Das Abwasser fließt durch ein loch 25 in der Kathode 11. Ein Abstandselement 13 besteht aus einem elektrischen Isolator oder aus einem Stein oder aus Teflon und dient zur Aufrechterhaltung eines dünnen Spaltes 12. Es ist an der Kathode 11 befestigt. Ferner ist eine Stromquelle für Gleichstrom 6 vorgesehen, welche zur Auflösung des Aluminiums dient. Ein.wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Abwasser zwangsmäßig durch, den schmalen Spalt gepreßt wird, wodurch Schmutzablagerungen,

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Gas und andere Verunreinigungen von der Oberfläche der Elektroden weggespült werden, so daß die Oberflächen der Elektroden sauber gehalten werden. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn man einen dünnen Spalt 12 von 0,5 bis mehreren mm vorsieht und eine Strömungsgeschwindigkeit von mehreren 10 m/s, welche ausreicht, Schmutzablagerungen zu beseitigen.

Der spezifische Widerstand des Abwassers, wie z. B. eines Färbeabwassers, beträgt etwa 500SX- 1 k-TL ohne Zusatz eines Elektrolyten, wie z. B. Natriumchlorid. Wenn der Spalt sehr schmal ist, kann die Stromdichte des elektrolytischen Stroms erhöht werden, wodurch die Torteile einer kompakten Apparatur, einer Abnahme der erforderlichen elektrischen Leistung für die Elektrolyse und einer minimalen Kapazität der Gleichstromquelle gegeben sind. Die elektrolytische Stromdichte kann auf etwa 0,2-1 A/cm erhöht werden, d. h. auf den mehrhundert— fachen Wert der Stromdichte bei der herkömmlichen Behandlung.

Im Falle von Färbeabwässern, welche mit einer Geschwindigkeit

2 von 20 mm/h anfallen, kann die Elektrodenfläche 3000 cm = 0,3m betragen. Dabei handelt es sich etwa nur um ein Blech in Form einer kreisförmigen Aluminiumplatte mit einem Durchmesser von 62 cm, wenn die elektrolytische Stromdichte J 1 A/cm unter den gleichen Bedingungen der Stromstärke von 3000 A und des aufgelösten Aluminiums von 50 ppm beträgt. Der Ohm'sche Abfall zwischen der Elektrode wird durch die nachfolgende Gleichung gegeben: V = JPg = 1 χ 500 χ 0,05 = 25 Volt, wobei der spezifische Widerstand des Abwassers P 500 JXbe trägt und die Spaltbreite g 0,05 cm beträgt. Bei dieser Vorrichtung wird eine etwa sich absetzende Kruste durch das mit großer Geschwindigkeit durch den dünnen Spalt hindurchströmende Abwasser ständig entfernt und der Spalt wird in sauberem Zustand gehalten, so daß ein übermäßiger Spannungsabfall durch eine etwaige Kruste verhindert wird und ein kontinuierlicher stabiler elektrolytischer Betrieb aufrechterhalten werden kann, wobei lediglich eine Spannung von 27 Volt angelegt wird, (zusätzlich zur normalen Polarisationsspannung und zum

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Ohm¹sehen Spannungsabfall von etwa 2 Volt). Demgemäß muß die Gleichspannungsquelle eine Spannung von etwa 30 Volt (27 Volt + Toleranz) liefern. Es ist nicht erforderlich, eine hohe Spannung wegen einer übermäßigen Toleranz anzulegen, da eine Zunahme der Elektrodenspannung aufgrund von Krustenbildungen erforderlich ist. Die Leistungskapazität kann auf ein Minimum herabgesetzt werden und die Kosten der Apparatur können gesenkt werden.

Bei dieser Ausführungsform beträgt die Stromdichte J 1 A/cm wegen der Abnahme der Elektrodenfläche. Wenn eine Abnahme der Leistung erforderlich ist, so ist die folgende Anlage bevorzugt. Im Falle eines elektrolytischen Stromes von 3000 A und einer Aluminiumlösung von 50 ppm und einer Stromdichte J

ρ p

von 0,18 A/cm bei einer Elektrodenfläche von 16 700 cm =

1,7 πι-, d. h. 1/100 der herkömmlichen Apparatur, ergibt sich der 0hm'sehe Spannungsabfall am Spalt aus der Gleichung V = Jpg = 0,18 χ 500 χ 0,05 = 4,5 V. Dabei beträgt die Spaltbreite g 0,05 cm.

Nach einer überschlägigen Berechnung kann der Leistungsverbrauch ¥ mit demjenigen der herkömmlichen Apparatur anhand des 0hm'sehen Abfalls verglichen werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich ein Wert W₁ = 3000 A χ 4,5 A = 13,5 KW. Bei der herkömmlühen Apparatur ergibt sich ein Wert W. = 3000 A χ 5 V = 15 KW. Daher ist der Leistungsverbrauch bei der erfindungsgemäßen Apparatur geringer als bei der herkömmlichen Apparatur.

Bei der herkömmlichen Apparatur ist die' Überspannung aufgrund von Krusten oder Gas oder dgl. groß. Somit ist der Elektrodenspannungsabfall wesentlich höher als der Ohm'sche Spannungsabfall. Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Apparatur eine Polarisationsspannung von nur etwa 2 Volt dem Ohm'sehen Spannungsabfall zugezählt, wobei man den praktischen Elektrodenspannungsabfall erhält. Dies ist auf die Sauberhaltung der Elektrodenoberfläche zurückzuführen. Demgemäß ist der praktische

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Leistungsverbrauch wesentlich geringer als bei der herkömmlichen Apparatur.

Vorstehend wurde eine Ausführungsform der Apparatur,mit der sich bei der Elektrolyse absetzende Krusten lediglich durch die Strömung des Abwassers entfernt werden können, beschrieben. Gemäß Fig. 2 (a), (b) und (c) wird das an der Anode niedergeschlagene Material mechanisch durch Reibung des Abstandselementes 15 entfernt, so daß auch die Anodenoberfläche sauber gehalten werden kann. Das Abstandselement 13 dient somit nicht nur dazu, die Spaltbreite aufrechtzuerhalten, sondern es gleitet auch entlang der Anodenoberfläche, so daß eine Relativbewegung zwischen Anode und Kathode zustandekommt, da das Abstandselement an der Kathode befestigt ist und an der Anode lediglich anliegt. Es ist schwierig, die Kathode um 360 ° relativ zur Anode zu drehen, da sie mit der Zuleitung für den Strom verbunden ist. Die gesamte Anodenoberfläche kann jedoch überstrichen werden, wenn man gemäß Fig. 2(c) eine abwechselnd im Uhrzeigersinn und im G-egenuhrzeigersinn gerichtete Drehbewegung der Kathode um etwa 130 ° relativ zur Anode vorsieht und wenn auf der Kathode drei Abstandselemente 13 mit einem Winkel von 120 ° zueinander befestigt sind.

Gemäß den Figuren 2 (a) ,· (b) und (c) wird das Abwasser durch das Loch in der Kathode zum Spalt 13 geführt. Wenn nun dieses Loch stets zur gleichen Stelle der Anodenoberfläche hin ausmündet, so wird ein konvexer Bereich auf der Aluminiumanode ausgebildet. Demgemäß ist es bevorzugt, dae Loch in exzentrischer Position anzubringen, so daß die relative Position des Loches bei der hin und her gehenden Drehbewegung der Kathode relativ zur Anodenfläche geändert wird, so daß das Aluminium der Anode gleichförmig aufgelöst wird und somit eine Bildung eines Kurzschlusses durch einen konvexen Buckel verhindert wird. In den Figuren 2 (a), (b) und (c) wird das Abwasser durch das Loch in der Kathode zum Spalt geführt, und zwar in Richtung zur Anode hin. Es ist jedoch auch möglich, das Abwasser von der Seite der Elektroden dem dünnen Spalt zuzu-

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führen, und zwar in einer Kichtung, welche parallel zu den Elektrodenoberflachen verläuft.

Das erfindungsgemäSe Prinzip wurde oben erläutert. Im folgenden soll nun eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Apparatur anhand der Figur 3 beschrieben werden. Hierbei ist eine Kathode 11 aus Edelstahl oder aus einem anderen leitfähigen Material vorgesehen, sowie eine Anode 10 aus Aluminium, welche unter Belassung eines dünnen Spaltes 12 der Kathode gegenüberliegt. In dem Spalt 12 ist ein Abstandselement 13 vorgesehen, welches aus einem elektrischen Isolator mit Schmiergelwirkung, wie z. B. einem Stein, besteht. Das Abwasser

I wird zwangsmäßig in den Spalt eingeführt und dient als Elektrolytlösung. Das Abwasser tritt durch den Einlass 14 in den Spalt zwischen den Elektroden ein und ein Gleichstrom wird durch die Stromquelle 6 bereitgestellt und dient zur Elektrolyse des Abwassers. Man erhält sodann ein behandeltes Abwasser 5¹, welches Flocken enthält. Während der Elektrolyse wird die Anode verzehrt. In Fig. 3 wird die Kathode, welche auf der Anode sitzt, automatisch aufgrund ihres Gewichtes gesenkt, so daß durch das Abstandselement. 13 stets die gleiche Spaltbreite zwischen den Elektroden aufrechterhalten wird. Während der Elektrolyse steht das Abstandselement 13, welches an der Kathode befestigt -ist, in Kontakt zur Anode 10 und gleitet über die Anodenoberfläche hinweg. Auf diese Weise wird die unlösliche Suspension durch die elektrochemische Behandlung mit den sich aus der Anode 10 auslösenden Aluminiumionen während der Elektrolyse flockuliert. Es werden dabei Flocken gebildet. Ferner wird Wasserstoffgas an der Kathodenoberfläche

II gebildet.

Die floekulierten Produkte sind im Spalt verunreinigende Materialien, aber sie werden durch das Abwasser 1 ausgewaschen, da der Elektrolyt zwangsmäßig in den Spalt getrieben wird.

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Auf diese Weise kann die Elektrolyse ständig durchgeführt werden, wobei die Oberfläche der Anode 10 und der Kathode 11 in sauberem Zustand gehalten wird. Etwaige Krusten an der Anodenoberfläche 10, welche durch die schnelle Strömung des Abwassers relativ schwer zu entfernen sind, können durch die Relativbewegung des Abstandselementes 13 entfernt werden. Das Abstandselement 13 weist gemäß Fig. 4 einen Vorsprung auf, welcher auf der Kathodenfläche 11 befestigt ist. Demgemäß wird gegliche Krustenbildung auf der Anodenoberfläche 10 vollständig unterbunden, so daß sich die Anode gleichförmig auflöst.

Ein Beispiel der Relativbewegung des Abstandselementes 13 ist in Fig. 3 gezeigt. Hier ist das Abstandselement 13 an der Kathodenoberfläche 11 befestigt und die Kathode ist über die Isolierplatte 16 mit der Halterung 22 verbunden und diese wird in einer Führung 18 für die Vertikalbewegung gehalten. Ferner ist die Apparatur mit einer Keilnabe 19, einem Arm 20, einem Motor 21, einer elektrolytischen Zelle 15 und mit Isolierplatten 16 und 17 ausgerüstet. Bei Drehung des Motors dreht sich die Keilnabe 19 am oberen Ende der Halterung 22 und zwar über den Arm 20, wodurch das Abstandselement 13 relativ zur Anode 10 gediöit wird. Das Abstandselement 13 gleitet auf der Ano-denoberfläche während der Relativbewegung und demgemäß ist es erforderlieh, für das Abstandselement 13 ein Isoliermaterial mit einem hohen Abriebwiderstand zu wählen, so daß Zwischenfälle aufgrund eines Kurzschlusses der beiden Elektroden verhindert werden und ein dünner Spalt von etwa 0,5 bis mehreren mm während der Elektrolyse aufrechterhalten werden kann.

Bei der bisherigen Beschreibung ist das Abstandselement 13 auf der Kathode 11 befestigt. Wenn nun die Instandhaltung des dünnen Spaltes zwischen der Anode 10 und der Kathode 11 der Hauptzweck ist, so ist es mö-glich, kugelförmige Abstandselemente oder zylindrische Walzenabstandselemente aus Isoliermaterial zu verwenden und in einer Führungsnut 24 der Kathodenoberfläche 11 zu lagern. Hierbei wird der dünne Spalt 12 auto-

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matisch durch Abrollen dieser Abstandselemente aufrechterhalten.

Die Figuren 5 (a) und (b) zeigen kugelförmige Abstandselemente 13'. Hierbei ist eine Anode 10, eine Kathode 11, ein Loch 25 in der Kathode für die Zufuhr des Abwassers zum dünnen Spalt 12 vorgesehen. Die kugelförmigen Abstandselemente 13' sind in Nuten 24 vorgesehen.

Um nun die Oberfläche der Anode 10, welche der Kathode 11 gegenüberliegt, gleichförmig anzulösen, erfolgt eine hin und her gehende Drehbewegung entsprechend der Pfeillinie. Die kugelförmigen Abstandselemente 13' werden dabei ebenfalls gedreht und berühren die Anodenoberfläche 10, wodurch ein dünner Spalt je nach der Größe der kugelförmigen Abstandselemente automatisch aufrechterhalten wird.

Die Figuren 5 (c) und (d) zeigen zylindrische walzenförmige Abstandselemente für rechteckige Elektroden. Die zylindrischen walzenförmigen Abstandselemente 13' werden in Nuten 24 geführt und durch Berührung mit der Anodenoberfläche 10 während der hin und her gehenden Bewegung oder Drehbewegung der Anode 10 aäLativ zur Kathode 11 in Richtung des Pfeils B gedreht. Auf diese Weise wird stets der gleiche dünne Spalt entsprechend dem Durchmesser der zylindrischen walzenförmigen Abstandselemente aufrechterhalten. Das Loch 25 der Kathode dient dazu, das Abwasser gleichförmig in den Spalt 12 einzuführen.

Bei obigen Ausführungsformen wird die Aufrechterhaltung und Sauberhaltung des dünnen Arbeitsspaltes zwischen den Elektroden durch Abstandselemente besorgt und die Einstellung der Elektroden hinsichtlich Spaltbreite ist konstant, und sie wird stets durch das Totgewicht, mit der die Kathode, auf der Anode lastet, gegeben. Wenn die Abscheidungen nur durch die zwangsmäßige Strömung entfernt werden können, ohne daß ein Abstreifen mit dem Abstandselement erforderlich ist, so kann die

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Aufrechterhaltung der dünnen Spaltbreite und die Einstellung der Elektroden mittels eines Servomechanismus durchgeführt werden. Eine Ausführungsform unter Verwendung eines derartigen Servomechanismus zur Einstellung der Elektroden ist in Fig. 6 dargestellt. In Pig. 6 besteht die Kathode 11 aus Edelstahl oder aus Flußstahl und die Anode 10 aus Aluminium und die Isolierplatten 16 und 17 dienen zur Isolierung der Anode und der Kathode von der Zelle 15 bzw. der Hauptwelle 26. Eine Gleichstromquelle 6 führt über einen Draht 27 einen Strom durch den Spalt zwischen Anode und Kathode. Das Abwasser 1 strömt durch das Loch 25 in der Kathode und wird in den dünnen Spalt 12 injiziert. Während das Abwasser durch den dünnen Spalt strömt, werden Aluminiumionen durch Elektrolyse im Abwasser 1 aufgelöst, wodurch aufgrund des flockulierenden Effekte der Aluminiumionen Flockenbildung eintritt. Das behandelte Abwasser 5' wird in der nächsten Stufe au? dem Spalt entlassen. Die Kathode 11, die Isolierplatten 16 und die Hauptquelle 26 sind einstückig ausgebildet. Ferner ist ein Mechanismus 29 zur Umwandlung der Drehbewegung des Motors 30 in eine lineare Bewegung unter Gtechwindigkeitsuntersetzung für die Vorschubbewegung der Elektrode vorgesehen. Dieser Mechanismus 29 ist im oberen Bereich der Hauptquelle vorgesehen.

Um nun den Spalt zwischen Anode 10 und Kathode 11 konstant zu halten, wird der Spannungsabfall, welcher der Spaltbreite entspricht, festgestellt und die Spannung derart eingestellt, daß die gemessene Spannung einer Bezugsspannung im wesentlichen gleich ist. Die festgestellte Spannung 31 (Vs)wird mit der Bezugsspannung (Vr) durch das Potentiometer 33 an der Stelle 34 verglichen und der Differenzwert £ = Vr - Vs wird durch den Verstärker 33 verstärkt und der Ausgang des Verstärkers dient zum Antrieb des Motors. Wenn bei diesem System die Bezugsspannung auf 20 Volt festgelegt wird, so wird die Spaltbreite derart konstant gehalten, daß ein Spannungsabfall von 20 Volt zustandekommt.

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Vorstehend wurde der Mechanismus der elektrolytischen Aluminiumauflösung "beschrieben. Bei einer praktischen Abwasserbehandlung wird das behandelte Abwasser, welches Aluminiumionen enthält, in ein Gefäß 37 zur Abtrennung der Flocken von der übrigen Flüssigkeit überführt. In diesem Gefäß wird das flockulierte Material abgetrennt und es hinterbleibt ein sauberes Abwasser. In Fig. 7 wird bei der Apparatur zur elektrolytischen Abwasserbehandlung gemäß vorliegender Erfindung ein Elektrolysator 15 verwendet, welcher gemäß Fig. 3 mit einer Aluminiumanode ausgerüstet ist und mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Das Abwasser 1 wird mit hoher Geschwindigkeit dem Elektrolysator 15 zugeführt und über ein Rohr 36 dem Gefäß 37 zur Abtrennung der flockulierten Bestandteile von der übrigen Flüssigkeit zugeführt. Durch das Rohr 36 fließt das behandeltes Abwasser 5', welches noch Aluminiumionen enthält. Bei der flockulierenden Behandlung mit Aluminiumionen wachsen die Flocken an und werden aufgrund des Flo^tationseffektes des Wasserstoffgases und des Sauerstoffgases, welche bei der Elektrolyse des Wassers gebildet werden, flo^tiert. Dabei steigen die Flocken von den Elektroden auf, welche im Bodenbereich des Gefäßes 37 angeordnet sind. Die flo^tierten Flocken werden vom klaren Abwasser in der Abtrennkammer 42 abgetrennt und das klare Abwasser 5 wird am Boden dieser Kammer entlassen. Andererseits wird das flo^tierte flockige Material durch eine Art Schabereinrichtung 7 von der Oberfläche der Flüssigkeit weggenommen. Ferner ist eine Gleichstromquelle 39 für die Elektrolyse des Wassers vorgesehen.

Vorstehend wurden Ausführungsformen beschrieben, bei denen Aluminiumionen als Flockulierungsmittel dienen und aus einer Aluminiumelektrode gebildet werden. Manchmal ist es jedoch je nach den Eigenschaften des Abwassers am besten, wenn man Eisenionen als Flockulierungsmittel verwendet. In diesem Fall verwendet man eine Anode aus Eisen.

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Im folgenden, werden anhand der Figuren 8 "bis 14 weitere Methoden zur Regelung des Spaltes erläutert. In Fig. 8 sind die durch die Bezugszeichen 1 bis 39 bezeichneten Bauteile mit den entsprechend bezeichneten Bauialen der vorherigen Figuren identisch. Das Abwasser 5', welches Aluminiumionen enthält, wird durch die Leitung 40 dem Gefäß 37 zur Abtrennung der flöckulierten Bestandteile durch Floatation zugeführt. In dem Elektrolysator 41 werden die verunreinigenden Bestandteile (gelöste Stoffe oder Schwebestoffe) mit den Aluminiumionen flockuliert und dann durch das an den Elektroden 38 gebildete Wasserstoffgas und Sauerstoffgas (Flockenfloatiergas) floatiert. Die Drehung des Wechselstrommotors 30 wird auf das Unter Setzungsgetriebe 29 übertragen, indem die Drehbewegung untersetzt wird und in eine lineare Bewegung umgesetzt wird. Diese lineare Bewegung wird durch die Hauptquelle übertragen. Dem Strom wird von einer Dreiphasenwechselstromquelle 43 über die Kontakte 44 eines elektromagnetischen Schalters des Wechselstrommotors 30 zugeführt. Die Erregerspule 45 dient zum Schalten der Kontakte 44, und insbesondere zum Einschalten dieser Kontakte. Ein Relais 46 dient zum Feststellen zwischen Anode und Kathode 11 anliegenden Spannung und schaltet die Kontakte 47 unter einer vorbestimmten Spannung ein bzw. aus. Wenn der Kontakt 47 eingeschaltet wird, so wird die Erregerspule 45 erregt und schaltet die Kontakte 44 ein, so daß der Motor gestartet wird. Wenn der Kontakt 47 ausgeschaltet wird, so fällt auch der Kontakt 44 ab und der Motor 30 wird gestoppt. Die Arbeitsweise zur Einstellung der Elektrode gemäß vorliegender Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 9, 10 und 11 erläutert.

Fig. 10 zeigt ein Kennliniendiagramm der G-leichstromquelle der Fig. 8. Hierbei handelt es sich um eine Kennlinie mit konstantem Strom. Wenn gemäß Fig. 10 die maximale Spannung unterhalb 50 Volt liegt, so wird der Strom auf einem konstanten Wert I₁ Amp. gehalten, und zwar auch wenn der Spalt zwischen den Elektroden 10 und 11 sich ändert, wodurch sich wiederum auch die Elektrodenspannung entsprechend der Spaltbreite ändert

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Der Arbeitspunkt P wird in vertikaler Richtung entsprechend der Spaltbreite bewegt. Dies entspricht dem Widerstand des Spaltes. Der spezifische Widerstand des Abwassers fluktuiert jedoch nicht und demgemäß ändert sich der Widerstand im Spalt entsprechend der Spaltbreite bei konstanter Elektrodenfläche, Pig. 9 zeigt ein Phasendiagramm der Spaltbreite (und damit auch der Spannung am Spalt) gegen die Zeit, wenn bei der in der Praxis verwendeten Apparatur gemäß Pig. 8 ein Strom fließt. Wenn gemäß Fig. 9 die Spaltbreite 0,7 mm beträgt, so beträgt die Spannung am Spalt in Position A 21 Volt. Wenn nun in dieser Position A ein Strom fließt, so wird die Anode 10 je nach der Zeitdauer des Stromflusses aufgelöst und die Spaltbreite wird allmählich erhöht, und die Spannung, welche der Spaltbreite entspricht, erreicht die Position B in Fig. 9 (Spaltbreite 1 mm; Spannung 30 YoIt). In der Position B wird das Relais 46 der Fig. 8 betätigt und die Kontakte 47 werden geschlossen und der Motor 30 wird angetrieben und verschiebt die Kathode 11 abwärts auf die Anode zu, wobei die Spaltbreite verringert wird. Wenn die Spannung bei einer Spaltbreite von 0,7 mm wieder 21 Volt erreicht, so wird das Relais 46 gemäß Fig. 8 betätigt und der Kontakt 47 wird ausgeschaltet. Hierdurch wird die Verschiebung der Kathode 11 in Position C gemäß Fig. 9 gestoppt.

Wenn die Anode 10 nun wieder weiter aufgelöst wird, so wird die Spaltbreite und somit auch die Spannung am Spalt wieder erhöht und erreicht die Position D. Hierdurch wird wiederum die Kathode verschoben. Diese Verschiebungsbewegung endet, wenn die Position E erreicht ist. Dieser Betrieb wird auf diese Weise wiederholt, wobei die Spaltbreite stets zwischen 0,7 und 1,0 mm gehalten wird. Fig. 11 zeigt das Arbeitsdiagramm des Relais 46. In Fig. 11 bezeichnet B den Zustand, bei dem der Kontakt 47 geschlossen wird, wenn am Relais 46 eine Spannung von 30 Volt anliegt. Der Kontakt 47 bleibt geschlossen, bis die Spannung auf 70 % des anfänglichen Wertes gemäß Position C in Fig. 11 gesunken ist. In Position C wird der Kontakt ausgeschaltet. Der Kontakt 47 bleibt ausgeschaltet,

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bis die Spannung sich wieder von der Spannung C auf die Spannung D (30 YoIt) erhöht. In Position D wird der Kontakt wieder eingeschaltet und das Ganze wird wiederholt. Bei Verwendung eines Relais mit einem derartigen Ein- und Ausschalt-Verhalten, welches auf eine gewünschte Einschaltspannung und Ausschaltspannung anspricht, kann die Spaltbreite ohne Schwierigkeiten aufrechterhalten werden,indem man die Ein-/Aus-Steuerung anwendet, und einen einfachen Stromkreis und ein einfaches Gerät verwendet. Fig. 9 zeigt ein Beispiel, bei dem die Spaltbreite im Bereich von 0,7 - 1,0 mm geregelt wird. Wenn der Unterschied zwischen der Einschaltspannung und der Ausschalt spannung kleiner gemacht wird, so kann die Änderung der Spaltbreite während des Regelsrorgangs verringert werden. Die Spaltbreite kann eingestellt werden, indem man den vorbestimmten Wert der Einschaltspannung ändert.

Vorstehend wurde die Ein-Aus-Steuerung beschrieben, bei der die Spannung am Arbeitsspalt durch das Relais 46 festgestellt wird und bei der eine Gleichstromquelle mit konstanter StBnstärke verwendet wird. Es ist jedoch ferner möglich, eine Ein-Aus-Steuerung zur Verschiebung der Kathode zu verwenden, bei der ein Relais mit der gleichen Charakteristik wie das Relais 46 gemäß Fig. 8 zusammen mit der Gleichstromquelle 6 mit konstanter Spannungscharakteristik gemäß Fig. 14 verwendet wird. Diese AusfUhrungsform soll im folgenden erläutert werden. Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrolysators (ähnlich demjenigen gemäß Fig. 8). In dieser Figur sind nur diejenigen Teile gezeigt, welche für die Erläuterung erforderlich sind. Der Aufbau ist ähnlich demjenigen der Fig. 8, außer daß ein Nebenschlußwiderstand 48 (kleiner Widerstand) in Reihe geschaltet ist. Die Spannung V (V = Ir) ist proportional der Stromstärke I des durch den Draht 27 fließenden Stroms. Diese Spannung liegt an beiden Enden des Widerstandes 48 an. Dieser Widerstand soll mit r bezeichnet werden. Die Spannung wird durch das Relais 46 festgestellt. Fig. 13 zeigt ein Phasendiagramm der Spaltbreite und des durch den Spalt fließenden Stroms gegen die Zeit. Die Ände-

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rung des Stroms entspricht der Änderung der Spannung, welche an beiden Enden des Widerstandes 48 anliegt. Wenn ein Strom von 1400 A durch den Spalt fließt (0,7 mm Spalfbreite), so wird gemäß Position A die Anode aufgelöst, und zwar je nach der Zeitdauer der anliegenden Spannung. Dabei wird die Stromstärke allmählich gesenkt,/die ·Spannungsquelle eine konstante Spannung liefert. Die Stromstärke erreicht einen Wert von 1000 A' (1 mm Spaltbreite) und somit die Position B. Die zwischen beiden Enden des Widerstandes 48 anliegende Spannung wird entsprechend der sinkenden Stromstärke gesenkt. Demgemäß wird der Kontakt 47 geöffnet wenn die am Widerstand abfallende Spannung auf einen Wert sinkt, welcher dem von 1400 A auf 1000 A abgefallenen Stromstärkewert entspricht. Sobald eine der Stromstärke von 1000 A entsprechende am Widerstand abfallende Spannung vorliegt, wird der Kontakt geschlossen und der Motor 30 wird angetrieben, wodurch der Spalt wieder enger gemacht wird und die Stromstärke wieder erhöht wird. Dabei gelangt man zur Position C in Fig. 12 und die Spaltbreite beträgt wieder 0,7 mm und die Stromstärke 1400 A. Der geschlossene Zustand des Kontakts 47 wird beibehalten, bis sich ein Spannungsabfall entsprechend einer Stromstärke von 1400 A einstellt. Dann wird der Kontakt 47 bei G geöffnet und im offenen Zustand· gehalten, bis die Position D erreicht ist. Es ist auf diese Weise möglich, die Änderung der Stromstärke und damit auch die Änderung der Spaltbreite in einem praktisch geeigneten Bereich zu regeln, indem man eine Spannungsquelle mit konstanter Spannung verwendet, so wie die Hysterese des Relais 46. Fig. 15 zeigt ein Arbeitsdiagramm für die Hysteresencharakterstik des Relais 46 und des Kontakts 47. Die Werte an den einzelnen Positionen entsprechen denjenigen, der Fig. 13. In Fig. 15 bezeichnet der Ausdruck

"Einschalten" die Änderung des Zustandes von AUS —$■ EIN und der Ausdruck

"AUSSCHALTEN" die Änderung des Zustandes von EIN —^AUS.

Das System bei dem die Spannungsquelle konstant gehalten wird, hat wesentliche Vorteile, obgleich hierbei der Strom durch die Ein-Aus-Steuerung im Vergleich atm System mit einer Stromquelle

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mit konstanter Stromstärke fluktuiert. Dieses System ist nämlich in Verbindung mit Transformator und Gleichrichter äußerst wirtschaftlich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 16 weiter erläutert, welche eine vergrößerte Debailansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 7 zeigt. In Fig. 7 ist diesa: Teil der Vorrichtung durch eine gepunktete Linie angegeben. Diese Ausführungsform dient dazu, eine Membran passiven Zustande auf der Anode zu verhindern. Verunreinigende Materialien, wie z. B. Flocken und Gas oder dgl. werden im Spalt zwischen Anode 10 und Kathode 11 gebildet und durch das zwangsmäßig durch den Spalt hindurchgetriebene Abwasser weggewaschen. Darüber hinaus kann durch das Abstandselement 13 eine etwa sich bildende Kruste, welche durch das Abwasser 1 nur schwer zu entfernen ist, mechanisch beseitigt werden. Es kommt darüber hinaus jedoch manchmal vor, daß die Anode eine passive Membran erhält, welche weder durch die rasche Strömung des Abwassers noch durch mechanische Einwirkungen entfernt werden kann. Eine solche Membran bildet sich insbesondere auf einer Anode aus Aluminium, und zwar je nach den Eigenschaften des Abwassers und je nach dem Zustand des Elektrodenspaltes. Im folgenden soll eine neuartige Methode zur Entfernung einer solchen festen Membran erläutert warten. Diese Membran wird erfindungsgemäß elektrochemisch aufgelöst und entfernt, indem man die Elektrolyse durchführt, während eine saure oder alkalische Lösung anstelle des Abwassers 1 durch den Spalt fließt. Anhand der Fig. 16 soll nun diese Elektrolyse unter Hindurchleitung einer saren oder alkalischen Lösung durch den Spalt anstelle des Abwassers erläutertverden. Es soll nun zunächst angenommen werden, daß in Fig. 16 die Ventile 48 und 49 geschlossen sind und die Ventile 50 und 51 geöffnet sind, und daß die Pumpe 52 betätigt wird eine wässrige Lösung von Natriumhydroxyd 54 vom Tank 53 in Strömungsrichtung 55 durch den mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Elektrolysator 15 treibt, wobei ein Gleichstrom durch die Gleichstromquelle 6 bereitgestellt wird und an den Elektroden anliegt, so daß eine Elektrolyse stattfindet.

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Dabei wird die Membran aufgelöst und entfernt. Andererseits kehrt die wässrige Lösung des Natriumhydroxyds zum Tank 53 zurück, wo-durch die wässrige Lösung des Natriumhydroxyds vollständig zurückgewonnen werden kann, ohne aus dem System entlassen zu werden. Der Spalt zwischen den Elektroden des Hochgeschwindigkeitselektrolysators ist wie oben erwähnt im Vergleich zu herkömmlichen Geräten recht schmal. Dieses Elektrolysengerät ist so gebaut, daß es bei geringer Spannung und bei hoher Stromdichte arbeitet. Demgemäß kann die Menge an wässriger Lösung von Natriumhydroxyd, welche den Elektrolysator durchfließt, recht klein sein,und das abgeschiedene Material kann durch Auflösung leicht entfernt werden. Vorstehend wurde der Fall beschrieben, daß Natriumhydroxyd zur Auflösung der Membran verwendet wird. Man kann jedoch den gleichen Effekt erzielen, wenn man eine saure Lösung, wie z. B. eine Chromsäure-Phosphorsäure-Mischung oder Salzsäure oder in einigen Fällen auch ein organisches Lösungsmittel anstelle des Natriumhydroxyds verwendet.

Anhand der Fig. 17 soll im folgenden eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden. In Fig. 17 bezeichnet das Bezugszeichen 1 das kolloidales Material enthaltende Abwasser. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet die Hauptleitung für das Abwasser 1 und das Bezugszeichen 58 bezeichnet eine Nebenleitung, welche von der Hauptleitung 57 abzweigt. Das Bezugszeichen 59 bezeichnet das abgezweigte Abwasser, welches durch die Nebenströmungsleitung 58 strömt und das Bezugszeichen 60 bezeichnet einen Elektrolyttank aus dem eine Elektrolyt wie Na.triumchlorid, Natriumhydroxyd oder dgl. dem abgezweigten Abwasser 59 zugesetzt wird, um den spezifischen Widerstand zu verringern. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Pumpe; das Bezugszeichen 15 einen Elektrolysator für hohe Geschwindigkeit (geschlossener Typ); das Bezugszeichen 11 eine Kathode und das Bezugszeichen 10 eine Anode. Die Kathode 11 steht der Anode unter Belassung eines dünnen Spaltes gegenüber. Hierzu ist ein Abstandselement 13 vorgesehen. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Spannungsquelle, mit welcher eine

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Gleichspannung an die Elektroden 10 und 11 angelegt wird. Das Bezugszeichen 5" bezeichnet die Elektrolytlösung und das Bezugszeichen 1' bezeichnet die Strömungsrichtung des Hauptabwasserstroms 1 durch die Hauptleitung 57. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet einen Tank zur Kombination des elektrolytisch behandelten Abwassers mit dem Hauptabwasser 1' und das Bezugszeichen 5¹ bezeichnet das wegfließende behandelte Abwasser. Die Anode 10 besteht aus Aluminium oder Eisen und die Kathode 11 aus Edelstahl oder einem anderen leitfähigen Material. Die Elektrolyse wird in dem Hochgeschwindigkeitselektrolysator 15 durchgeführt. Die während der Elektrolyse gebildeten und die Elektroden verunreinigenden Materialien werden durch das mit großer Strömungsgeschwindigkeit durch den Spalt fließende abgezweigte Abwasser 59 ausgewaschen, so daß die Elektrodenoberflächen sauber gehalben werden. Hierdurch wird die Polarisation klein gehalten. Darüber hinaus ist der spezifische Widerstand des abgezweigten Abwassers 59 wegen der Zugabe des Elektrolyts gering. Demgemäß ist es möglich, unter geringer Spannungsbeaufschlagung und bei hoher Stromdichte und hoher Stromkonzentration zu elektrolysieren, so daß die Elektrolyse bei einer Stromdichte von 10 bis 100 A/dm und bei einer Stromkonzentration von 10 - 50 A/l durchgeführt werden kann. Da abgezweigtes Abwasser 59 als Elektrolytlösung verwendet wird, kann die Menge des zur Verbesserung des spezifischen Widerstandes zugesetzten Elektrolyten klein sein. Das elektrolytisch behandelte Abwasser 5', welches durch Elektrolyse unter geringer Spannung und hoher Stromdichte und hoher Stromkonzentration im Elektrolysator 15 erhalten wird, wird mit dem Hauptabwasser 1¹ vereinigt, wodurch die kolloidale Suspension im Hauptabwasser 1 aufgrund des elektrochemischen Effektes der Aluminiumionen flockuliert wird, so daß das Abwasser 1 von Schwebestoffen befreit wird. Die Dauer des elektrochemischen Effekts der Aluminiumionen im behandelten Abwasser 5" auf die kolloidale Suspension beträgt lediglich mehrere Minuten. Dieser Effekt nimmt danach rasch ab.

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Um dies zu verhindern, kann eine kleine Menge Schwefelsäure oder Salzsäure aus dein Tank 62 dem elektrolytisch "behandelten Abwasser 5¹ zugesetzt werden, wodurch das Abwasser geklärt wird, ohne daß der elektrochemische Effekt der Aluminiumionen auf die kolloidale Suspension abnimmt. Wie oben erwähnt, ist es möglich, die verunreinigenden Materialien durch die zwangsmäßige Durchströmung des Arbeitsspaltes mit dem Abwasser, welches einen verbesserten spezifischen Widerstand hat, zu entfernen. Dies macht es möglich, die Elektrolyse unter geringer Spannungsbeaufschlagung und bei hoher Stromdichte und hoher Stromkonzentration durchzuführen. Demgemäß kann bei kurzem elektrolytischem Betrieb schon eine gewünschte hohe Konzentration an Aluminiumionen erzielt werden, obgMch eine hohe Aluminiumionenkonzentration erforderlich ist. Hinsichtlich der Verbesserung des elektrochemischen Effekts der Aluminiumionen auf die kolloidale Suspension wirkt sich die Zugabe der Schwefelsäure oder der Salzsäure ausgezeichnet aus. Der praktisch erzielte Effekt ist äußerst groß.

Im folgenden soll anhand der Fig. 18 eine weitere Ausführungsform erläutert werden. Mit dieser Ausführungsform wird das Abwasser in einem Elektrolysator mit hoher Geschwindigkeit behandelt, wobei Wasserstoffgas 68 an der Kathode 11 entwickelt wird und für die Floatation der gebildeten Flocken verwendet wird. Hierdurch wird die Größe der im Elektrolysator gebildeten Flocken verbessert. In Fig. 18 bezeichnet das Bezugszeichen 15 einen Elektrolysator, welcher mit hoher Geschwindigkeit arbeitet (wie in Fig. 3), wobei eine Anode 10 einer Kathode 11 gegenüberliegt und ein dünner Spalt dazwischen verbleibt durch den das Abwasser 1 zwangsmäßig geführt wird. Der Hochgeschwindigkeitselektrolysator 15 hat eine geschlossene Strömungsführung für die kontinuierliche elektrolytische Behandlung, wobei das während der Elektrolyse gebildete Wasserstoffgas 68 zusammen mit dem behandelten Abwasser 5' aus dem Hochgeschwindigkeitselektrolysator 15 herausgeführt wird. Dem behandelten Abwasser 5' wird mittels der Pumpe 66 eine.polymere Flockulierhilfe 65 zugesetzt und das Ganze wird

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dem Flockulator 67 zugeführt, in dem die Flocken wachsen, und gleichzeitig wird das "bei der Elektrolyse entwickelte Gas (in der Hauptsache Wasserstoffgas 68, welches an der Kathode 11 entwickelt wird) eingeführt und verfeindet sich mit den gebildeten Flocken. Das behandelte Abwasser wird dem Gefäß 37 zur Abtrennung der gebildeten Flocken durch Floatation zugeführt, indem die an die Oberfläche getretenen Flockenmasse 8 mittels einer Abstreifvorrichtung 7 abgestreift wird. Das geklärte behandelte Abwasser 5' wird entlassen. Der Hochgeschwindigkeitselektrolysator 15, welcher bei dieser Ausführungsform verwendet wird, hat den gleichen Aufbau wie in Fig. Der Hochgeschwindigkeitselektrolysator 11 hat eine geschlossene Struktur und eignet sich zum kontinuierlichen Elektrolysieren. Demgemäß wird das bei der Elektrolyse gebildete Gas 68 durch das behandelte Abwasser 5' zum Flockulator 67 mitgeführt und dient in wirksamer Weise zur Floatation. Die Funktion der Flockuliereinrichtung 67 ist es, die unlösliche Suspension des Abwassers durch bei der Elektrolyse gebildete Aluminiumionen zu großen Flocken zu aggregieren und für ein Wachstum dieser Flocken zu sorgen. Darüber hinaus lagert sich das Gas an die Flocken an, so daß ein guter Flo^tationseffekt in der nachfolgenden Stufe erzielt wird. Das bei der Elektrolyse entwickelte Gas wird nicht ausströmen gelassen. Der Flockulator 67 sollte gasdicht gehalten werden. Das behandelte Abwasser wird vom Boden her nach oben geführt, so daß eine Abtrennung des Gases, welches bei der Elektrolyse entwickelt wurde, von dem behandelten Abwasser verhindert wird. Die erfindungsgemäße Ausführungsform hat die folgenden Vorteile. Das bei der Aluminiumelektrolyse des Abwassers als elektrolytischer Lösung entwickelte Gas (in der Hauptsache an der Kathode entwickeltes Wasserstoffgas) dient vollständig der Floatation der gebildeten Flocken. Die Elektrolyse zur Bildung von Aluminiumionen und die FIo₁^tationstrennung werden in verschiedenen Apparaturen durchgeführt, welche durch den Flockulator 67 getrennt sind. Daher wachsen die feinen Flocken zu großen Floekenaggregaten und werden Mcht flo^tiert und abgetrennt. Um das Wachstum der feinen Flocken

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zu unterstützen und um ihnen mechanische Stabilität zu verleihen, wird eine polymere PIookulierhilfe zugegeben. Die oben erwähnten Vorteile führen zu einer vollständigen Abtrennung der gebildeten Flocken und zu einer Verhinderung der Verunreinigung des behandelten Abwassers mit feinen Flocken. Man erhält dabei ein völlig geklärtes-Abwasser.

Im folgenden wird anhand der Fig. 19 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert, mit-der die Ausführungsform gemäß Fig. 18 noch weiter verbessert wird. Diese Ausführungsform hat den Zweck, den Nachteil zu beseitigen, daß die an der Kathode 11 entwickelte Wasserstoffmenge 68 nicht für die .Floatation für die Flocken ausreicht. Die Apparatur, bei der das Abwasser 1 in einen geschlossenen Hochgeschwindigkeitselektrolysator 15 eingeführt wird und das behandelte Abwasser 5' dem Flockulator 67 zugeführt wird, ist ebenso aufgebaut, wie bei Fig. 18. Die Polymerfloekulierhilfe 65 sollte entsprechend der Henry-Regel durch die Pumpe 66 unter hohem Druck eingeführt werden. Wenn eine relativ große Menge unlöslicher Suspension im Abwasser enthalten ist, so wird eine große Flockenmenge gebildet. In diesem Fall ist es erforderlich, die Menge an Gas für die Floatation der Flocken zu erhöhen. Es reicht nicht aus, nur das im Hochgeschwindigkeitselektrolysator 15 entwickelte Gas zu verwenden. Im vorliegenden Fall ist eine Apparatur für die Zugabe zusätzlichen Gases zur Elektrolytlösung vorgesehen, um die Floatation zu vervollständigen. Das durch die Rohrleitung 73 mittels der Pumpe 63 geförderte Abwasser wird durch einen Nebenleitung 74 abgezweigt und man erhält eine abgezweigte Abwasserströmung, welche einem Gasflüssigkeitsmischer 71 (Ejektor) zugeführt wird, ja dem das Abwasser mit Luft vermischt wird. Die gebildete Mischung wird durch eine Rückführleitung 75 zur Pumpe 69 zurückgeführt, so daß man ein Abwasser 1' mit Luftgehalt erhält. Diese im Abwasser enthaltene. Luft unterstützt die Floatation der gebildeten Flocken, wenn die Wirkung des im Hochgesehwindigkeitselektrolysator 15 entwickelten Gases nicht ausreicht. Wenn als Pumpe 69 eine Turbinenpumpe

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verwendet wird, so wird ein Druck you etwa 5 kg/cm" ausgeübt uiid das Volumen der Luft 72 _t welche angesaugt wird, liegt vorzugsweise im Bereich des Wasservolumens (L₁)/Luftvolumen G>35, Wenn L\g/G<35 ist, so muß zu viel Luft angesaugt werden. Die Ventile 17, 19 und 20 werden 2ur Steuerung des Verhältnisses L^/G verwendet. Falls in dem dem Elektrolysator 15 unter Druck zugefünrten Abwasser Luft enthalten ist, so strömt das Abwasser in turbulenter Strömung als Elektrolytlösung durch den dünnen Spalt zwischen den Elektroden. Demgemäß wird eine Kavitation verhindert und das Aluminium der Anode wird gleichförmig abgelöst und die elektrolytische Behandlung erfolgt gleichmäßig. Die Zufuhr des behandelten Abwassers 5^f erfolgt vom Boden des Floekulators 67 aus und das behandelte Abwasser 5¹, welches gelöstes Gas enthält, wird am oberen Seil des Floekulatoxs entlassen. Die der Apparatur augeführte Luft und das während der Elektrolyse entwickelte Gas sollten im behandelten Abwasser aufgelöst werden. Demgemäß sollte der Flockulator geschlossen sein und für kontinuierlichen Betrieb geeignet sein. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß ein geschlossener Aufbau des Flockulatcrs und des Elektrolysators vorgesehen ist und daß ein kontinuierlicher Betrieb möglieh ist. Dabei kann das gesamte während der Elektrolyse entwickelte Gas (in der Hauptsache an. der Kathode entwickeltes Wasserstoffgas) für die Floatation der Flocken herangezogen werden. Das behandelte Abwasser steht unter hohem Druck, so daS das bei der Elektrolyse entwickelte Sas und die im Gasflüssigkeitsmischer zugemischte Luft darin aufgelöst werden. Das aufgelöste Gas bildet feine Bläschen im Gefäß zur Flo_wtationsabtrennung, so daß Flocken aller Größen der Floatation unterworfen werden. Das geklärte Abwasser ist frei von feinen Flocken und wird abgelassen. Darüber hinaus steht genügend Zeit für ein Wachsen der feinen Flocken zvx Verfugung, wenn das behandelte Abwasser im Flockulator während einer längeren Zeit verbleibt. Die Fest-Flüssig-Abtrennung kann leicht durchgeführt werden, wenn eine polymere FlockulierMlfe zugesetzt wird, um die mechanische Stabilität und das Wachstum der Flocken zu verbessern. Dabei wird ein besonders

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klares Abwasser erhalten. Wenn eine große Menge Flocken gebildet wird, und ein großes Gasvolumen für die Floatation der Flocken erforderlich ist, so kann das Gas vom Gas-Fliissigkeits-Mischer zugesetzt werden und demgemäß wird jegliche Störung durch unvollständige Floatation der Flocken vermieden.

Der beschriebene Effekt zur Verhinderung einer Kavitation an der Oberfläche der Elektroden kann erzielt werden, wenn man die Luft dem als Elektrolytlösung verwendeten Abwasser im Gas-Flüssigkeits-Mischer unter hohem Druck zumischt. Demzufolge erzielt man ein gleichförmiges Auflösen des Aluminiums an der Anode und eine stabile Elektrolyse.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

M. ) Apparat zur elektrolytischen Abwasserbehandlung mit einer Anode aus einem sich während der Elektrolyse unter Ionenbildung auflösenden Material, wodurch die Schmutzstoffe im Abwasser flockulierbar sind, gekennzeichnet durch ein Hochgeschwindigkeitselektrolysengerät (15) mit einem dünnen Spalt (12) zwischen Anode (10) und Kathode (11),durch welchen das Abwasser als Elektrolytlösung zwangsmäßig hindurchfiihrbar ist.
2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Aluminium oder Eisen besteht.
3. Apparat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine genügend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers, so daß die Schmutzablagerungen an den Elektroden (10, 11) abspülbar sind.
4. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (10,11) parallel zueinander mit einem Spalt von 0,1 - 10 mm angeordnet sind.
5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt weniger als 1 mm breit ist.
6. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (11) ein Loch (25) zur Zufuhr des Abwassers im Spalt (12) in vorzugsweise vertikaler Richtung aufweist.
7. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein an der Kathode (11) befestigtes elektrisch isolierendes Abstandselement (13) zur Aufrechterhaltung der Spaltbreite.

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8. Apparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (13) die Anodenoberfläche berührt, so daß der an der Anodenoberfläche abgeschiedene Schmutz bei Bewegung des Abstandselementes (13) abstreifbar ist.
-9. Apparat nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch sich radial erstreckende Abstandselemente (13).
1C. Apparat nacheinem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (13) als Stangen mit einer Abstreifkante ausgebildet sind.
11. Apparat nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandselemente (13) in Nuten (24) gelagerte zylindrische Körper (13") vorgesehen sind.
12. Apparat nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (13) in der Kathode (11) gelagerte kugelförmige Körper (13') sind.
13. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Feststellung der elektrischen Verhältnisse am.Arbeitsspalt und zur Bewegung der Kathode und/oder Anode unter Aufrechterhaltung des elektrischen Zustandes am Arbeitsspalt in Servosteuerung.
14. - Apparat nach Anspruch .13, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (31 bis 35; 44 bis 47) zur Messung des Spannungsabfalls am Arbeitsspalt (12) und zum Vergleich des gemessenen Spannungsabfalls mit einer Bezugsspannung und durch eine Steuereinrichtung (29,30) zur Steuerung der Bewegung der Kathode (11) und/oder Anode (10) unter Konstanthaltung des Spannungsabfalls.

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15. Apparat nach einem der Anspräche 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (29,30,46 bis 42) zum intermittierenden Verschieben der Kathode (11) relativ zur Anode (1O) unter Aufrechterhaltung der Spaltbreite innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
16. Apparat nach einem der Ansprüche 13 oder 15, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (46 bis 4S) zum Messen der Stromfluktuationen am Arbeitsspalt (12).
17. Apparat nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch ein Relais (46) zur Feststellung von Spannungsfluktuationen, welches schaltet, wenn die festgestellte Spannung einen vorbestimmten Grenzwert erreicht und durch einen Motor (30) und ein Getriebe (29) zur Umsetzung der .Dreibewegung in eine lineare untersetzte Bewegung der Kathode (11)entsprechend der Schaltstellung des BeLais (46).
18. Apparat nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (36) mit konstanter Stromstärke in Reihe zur Anode (10) und Kathode (11).
19. Apparat nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (36) mit konstanter
Spannung, welche einerseits mit der Kathode (11) und andererseits über einen zum Relais (46) parallel liegenden Widerstand (48) mit der Anode (10) verbunden ist.
20. Apparat nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung (29,30, 44 bis 48), deren Relais (46) bei vorbestimmten Spannungswerten umschaltet.

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21. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (10) auf einer Isolierplatte (17) "befestigt ist und daß die Kathode (11) mit ihrer der Anode (10) abgewandten Seite an einer Halterung (22) über eine Isoiiorpiatte (16) befestigt ist und daß ein Motor (21) zum Drehen der Halterung (22) vorgesehen ist.
22. Apparat nach einem der Ansprüche 1 "bis 21, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (48 - 56) zum Durchleiten einer sauren Lösung oder einer alkalischen Lösung oder eines Lösungsmittels durch den Spalt (12) zur Entfernung einer passivierenden Membran auf der Anodenoberfläche.
23. Apparat nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (48 - 56) Ventile (48,49) zum v/ahlweisen Versehliei3en und öffnen des Abwassereinlasses und des Abwasserauslasses aufweist, sowie einen Hilfskreislauf, welcher aus eines: Tank (53) mit einer sauren oder alkalischen Lösung (54) und einer Pumpe (52) einer Rohrleitung (55) und Ventilen (50,51) besteht.
24. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Versetzen des ungereinigten Abwassers mit einer Säure.
25. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 24» gekennzeichnet durch einen Elektrolysator (15) mit geschlossener Bauweise und durch eine Nebenstromrohrleitung (58) zur Zufuhr eines a~bge zwei gen Stroms dec Abwassers sum i,lektrolysator (15)

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und zur Einleitung des elektrolytisch behandelten Abwassers in den Abwasserhauptstrom und durch eine Vorrichtung (60) zum Einleiten einer sauren Lösung in den abgezweigten Abwasserstrom vor Eintritt in den Elektrolysator (15).
26. Apparat nach einem der Anspräche 1 bis 25 gekennzeichnet durch einen geschlossenen Floekulator (67) der von dem elektrolytisch behandelten Abwasser von unten nach oben durchströmt wird.
27. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (65,66) zur Zufuhr einer polymeren Flockulierhilfe unter Druck zum elektrolytisch behandelten Abwasser vor dessen Eintritt in den Plockulator (67).
28. Apparat nach einem der Anspräche 1 bis 27, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (70 - 75) zur Zumischung eines Gases zum Abwasser vor oder hinter dem Elektrolysator (15).
29. Apparat nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch einen Ejektor (71) für die Gas zumischung in einem ETebenstromleitungsrohr (74,75) zur Hauptstromleitung (73) des Abwassers vor dem Elektrolysator (15).

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