DE2555175A1

DE2555175A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von abwaessern

Info

Publication number: DE2555175A1
Application number: DE19752555175
Authority: DE
Inventors: Reinhart Dipl Ing Hanke; Wilfried Dipl Ing Joven; Hans Dipl Ing Dr Laizner
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1975-02-18
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1976-08-19
Also published as: ATA121375A; CS190511B2; PL108040B1; HU175272B; DE2555175C3; AT333674B; IT1054921B; DD124969A5; DE2555175B2; CH598144A5

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abwässern Es ist bekannt durch organische und/oder anorganische Stoffe verunreinigte städtische Abwasser und Industrieabwässer durch Elektrolyse zu reinigen, wobei die Verunreinigungen größtenteils auf elektrophoretischem Wege an den Elektroden abgeschieden und zusammen mit den an den Elektroden entstehenden Gasbläschen an die Wasseroberfläche gefördert werden und von dort abgezogen werden können. Bei diesen bekannten Verfahren kann das Abscheiden der Verunreinigungen aus dem Abwasser durch Zugabe von Che#mikalien, beispielsweise die Leitfähigkeit des Abwassers erhöhenden und/oder den pH-Wert des Abwassers auf einen gewunschten Wert einstelienden Stoffen, zum Abwasser gefördert werden. Diese bekannten Verfahren unterscheiden sich im wesentlichen durch die Eigenschaften des elektrischen Feldes, durch die Geometrie der Elektroden, durch-das Elektrodenmaterial und durch die-Art und Weise des Beschickens der Elektrolysezellen mit dem Abwasser.
Es ist auch bekannt, im Rahmen'des Reinigens von Abwässern und des Entwässerns von Schlämmen die Abwässer bzw. - die Schlämme mit Schall niedriger Frequenz zu beschallen, da damit das Koagulieren der Feststoffe im Abwasser bzw. im Schlamm gefördert und damit das Abtrennen der Feststoffe vom Wasser erleichtert wird. Ultraschall kommt bei solchen Verfahren zum Reinigen von Abwässern und Entwässern von Schlämmen nicht in Frage, da durch Ultraschall die Feststoffe im Wasser dispergiert werden und nicht koaguliert werden.
Es wurde nun gefunden, daß bei einem Verfahren zum Reinigen von Abwässern durch Elektrolyse das Abscheiden der im Abwasser enthaltenen störenden Stoffe erleichtert werden kann, wenn das durch Elektrolyse zu reinigende Abwasser vor der Elektrolyse mit Ultraschall beschallt wird.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein} eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der OE-PS 305 914 darstellendes Verfahren zum Reinigen von Abwässern, welche feine oder feinste Schwebstoffe bzw. gelöste, emulgierte oder suspendierte organische und/oder anorganische Verunreinigungen enthalten und welche gegebenenfalls durch eine Vorreinigung von groben Verunreinigungen befreit sind, durch Elektrolyse, gegebenenfalls in Gegenwart von Schaurpbildnern, wobei der gebildete Schlamm abgezogen wird, in einem ungefähr horizontalen elektrischen Feld, wobei das Abwasser im Gleichstrom zu den aufsteigenden Gasbläschen geführt wird. Dieses Verfahren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Abwasser vor Eintritt in die Elektrolysezelle mit Ultraschall beschallt wird, wobei die Beschallung vorzugsweise auch während des Durchströmens durch den glektroden aufweisenden Bereich der Elektrdysezelle, jedoch mit geringerer Schallenergiedichte als vor Eintritt in die Elektrolysezelle erfolgt. Dadurch daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das zu reinigende Abwasser vor Eintritt in die Elektrolysezelle mit Ultraschall beschallt wird, werden die im Abwasser enthaltenen Schwebstoffe, in der Regel emulgierte oder suspendierte organische und/oder anorganische Verunreinigungen, weitgehend zerkleinert, so daß diese Verunreinigungen, wie mit großer Wahrscheinlichkeit anzunehmen ist, die für das nachfolgende Abscheiden dieser Verunreinigungen an den Elektroden der Elektrolysezellen auf elektrophoretischem Wege erforderliche elektrische Ladung erhalten. Da im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Abwasser im Gleichstrom zu den in den Elektroden hochsteigenden Gasbläschen geführt wird, werden sowohl die an der Kathode als auch die an der Anode abgeschiedenen Verunreinigungen rasch an die Oberfläche des in der Elektrolysezelle befindlichen Wassers gefördert und praktisch quantitativ abgetrennt.
Falls gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Abwasser während des Durchströmens des die Elektroden aufweisenden Bereiches der Elektrolysezellen mit geringerer Schallenergiedichte beschallt wird als vor Eintritt in die Elektrolysezelle, kann bei zweckmäßiger Wahl der Schallenergiedichte die zwischen den Elektroden wirksame Schallenergie auf einen Wert eingestellt werden, der eben ausreicht die an den Elektroden unter Agglomerieren abgeschiedenen Verunreinigungen von den Elektroden abzulösen ohne die abgeschiedenen Verunreinigungen wieder zu dispergieren, wobei zusätzlich noch erreicht wird, daß, weilsdie an den Elektroden abgeschiedenen Verunreinigungen rasch von den Elektroden abgelöst werden, an den Elektroden kein dikker Belag an abgeschiedenen Feststoffen entstehen kann und damit die Möglichkeit besteht, innerhalb einer Elektrolysezelle vorgegebener Abmessungen eine größere Anzahl von Elektroden mit kleinerem Abstand als bisher anzuordnen und damt der Platzbedarf einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung wesentlich geringer gehalten werden kann als der Platzbedarf von bisher verwendeten Vorrichtungen zum Reinigen von Abwässern durch Elektrolyse. Im Hinblick auf den durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichten kleinen Abstand der Elektroden der Elektrolysezelle kann auch die den Elektroden aufzuprägende Spannung vergleichsweise klein gehalten und damit elektrische Energie eingespart werden.
Mit der DT-OS 2 131 878 ist bereits vorgeschlagen worden, Wasser und Luft dadurch zu reinigen und zu desodorieren, daß das Wasser und die Luft #in eine mit Gleichstrom oder Wechselstrom betriebene, eine Anode, eine Kathode und ein zwischen Anode und Kathode befindliches Diaphragma aufweisende elektrolytische Zelle geleitet und während des Durchfließens der Zelle einer Beschallung mit Ultraschall ausgesetzt wird, jedoch ist dieses bekannte Verfahren nicht dazu geeignet, organische und/oder anorganische Verunreinigungen enthaltende Abwässer zu reinigen, da bei diesem Verfahren das Wasser nur der Einwirkung des an der Anode entstehenden Sauerstoffs ausgesetzt wird und wegen des vorgesehenen Diaphragmas nicht in den Kathodenraum gelangen kann und daher auch kataphoretisch abzuscheidende Stoffe nicht abgeschieden werden können und darüber hinaus die Ultraschallenergie im Elektrodenraum der Elektrolysezelle voll wirksam ist und dort daher allenfalls an der Anode abgeschiedene Verunreinigungen wieder im Wasser dispergiert werden. Dieses bekannte Verfahren ist damit im wesentlichen nur dazu geeignet, Trinkwasser oder Wasser von Badeanstalten für eine später vorzunehmende an sich bekannte Reinigung aufzubereiten.
Mit der DT-OS 2 131 879 ist bereits vorgeschlagen worden bei einem Verfahren zum Reinigen von Wasser durch Verhefen von anorganischen und organischen Verunreinigungen, bei dem die natürlich vorhandenen Hefen und Bakterien durch Belüften des Wassers während des Verhefungsvorganges mit Sauerstoff versorgt werden, das Wasser vor und/oder während des Verhefungsvorganges einer anodischen Oxydation auszusetzen und mit Ultraschall bzw. Schwingungen ähnlich hoher Frequenz zu beschallen.Da das Verhefen von anorganischen und organischen Verunreinigungen beträchtliche Zeit beansprucht, ist es bei diesem bekannten Vorschlag erforderlich, das zu reinigende Wasser ständig zu bewegen, insbesondere zwischen Anodenraum und Kathodenraum der Elektrolysenzelle umzuwälzen, sodaß es auch dann nicht möglich ist, durch Elektrolysieren des Abwassers die im Abwasser enthaltenen Verunreinigungen abzuscheiden, wenn das zu behandelnde Abwasser vor dem Eintreten in die Elektrolysezelle mit Ultraschall beschallt wird. Für den durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielbaren Effekt ist es wesentliche Voraussetzung, das zu reinigende Abwasser im Gleichstrom zu den an den Elektroden aufsteigen den Gastläschen zu fördern, jedoch ist diese Maßnahme mit der DT-OS 2 131 879 nicht empfohlen worden und im übrigen auch deshalb nicht dazu geeignet die anorganischen und organischen Verunreinigungen zu verhefen, weil unter dieser Voraussetzung die BSüfxngszeit für das durch Verhefen der Verunreinigungen zu reinigende Abwasser zu kurz wäre.
Vorzugsweise wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Abwasser mit Schall einer Frequenz vonmindestens 20 kHz, insbesondere mindestens 30 kHz, beschallt.
Eine zweckmäßige Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt eine oder mehrere mit senkrecht angeordneten Elektroden ausgestattete Elektrolysezellen, welche unten eine Einströmöffnung für das Abwasser aufweisen und an deren oberen Enden eine Abströmöffnung für das Abwasser und eine Einrichtung zum Abziehen des auf die Wasseroberfläche aufschwimmenden Schlammes und, in der Strömungsrichtung des Abwassers hinter den Elektrolysezellen, eine Abflußkammer für gereinigtes Abwasser vorgesehen sind, und ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß im Bereiche der Einströmöffnung zumindest ein Schallsender angeordnet ist, welcher mit seiner Schallabstrahlfläche dem zugeführten Abwasser zugekehrt ist, wobei gegebenenfalls zumindest ein weiterer Schallsender seitlich der Elektroden der Elektrolysezellen mit seiner Schallabstrahlfläche im wesentlichen senkrecht zu den Elektrodenflächen stehend angeordnet ist. In einer solchen Vorrichtung sind zweckmäßig elektroakustische, insbesondere piezoelektrische Schallsender vorgesehen. Es ist von Vorteil gemäß der Erfindung zumindest einen Schallsender am Boden der Elektrolysezellen unterhalb der Elektroden vorzusehen, da in solcher Weise angeordnete Schallsender in der Lage sind, dem zulaufenden Abwasser die zum Zerkleinern der Feststoffe erforderliche Energie zuzuführen und im Bereiche zwischen den Elektroden der Elektrolysezelle eine Schallenergiedichte aufrechtzuerhalten, die im oben erwähnten erwünschten Sinne ausreicht, die an den Elektroden abgeschiedenen Feststoffe von diesen Elektroden loszulösen, jedoch nicht mehr ausreicht, die von den Elektroden abgelösten agglomerierten Feststoffe erneut zu zerkleinern.
Es ist zweckmäßig in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Elektroden aus einem anodisch löslichen Metall bzw. einer anodisch löslichen Metallegierung vorzusehen, da die# von solchen Elektroden abgesprengten Metallhydroxyde das Ausflocken der abzuscheidenden Verunreinigungen erleichtern. Solche Elektroden können beispielsweise aus den Metallen Aluminium, Kupfer, Zink oder Eisen, aber auch aus Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit anderen Metallen bestehen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figur der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt Fig. i schematisch im Vertikalschnitt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.
Das Abwasser tritt bei 1 in den Behandlungsraum ein und wird zunächst der Wirkung eines von der Schallabstrahlfläche 2a des Schallsenders 2 abgestrahlten Ultraschallfeldes ausgesetzt. Das Schallfeld weist im Bereich 3 eine hohe Energiedichte auf und bewirkt durch Dispergieren gröberer Verunreinigungen eine weitgehende Homogenisierung des Abwassers. Anschließend durchströmt das Abwasser die die Elektroden, u. zw. Kathoden 4' und Anoden 4, aufweisende Elektrolysezelle 4 in Richtung von unten nach oben, also in Richtung der entlang der Elektroden hochsteigenden Gasbläschen. Unter der Wirkung des ungefähr horizontalen elektrischen Feldes flocken die im Abwasser enthaltenen suspendierten und dispergierten Verunreinigungen aus.
Diese Flocken werden mit Hilfe von Metallhydroxyden, die zweckmäßig durch Oxydation von nicht resistenten Anoden 47t gewonnen werden, stabilisiert und von den an den Elektroden entstehenden Gasbläschen an die Wasseroberfläche transportiert, wo sie sich in Form einer schwimmenden Schlammschicht 5 abscheiden. Das Ablösen der Gasbläschen und der Metallhydroxyde von den Elektrodenflächen wird durch die Wirkung des Ultraschallfeldes, das im Bereich der Elektrolysezelle eine geringere Energiedichte aufweist, beschleunigt. Das Abwasser durchströmt anschließend das Absetzbecken 6 und gelangt über die Tauchwand 7 in den Abflußschacht 8. Der abgeschiedene Schlamm wird mechanisch in den Schlammsammelschacht 9 ausgetragen. Für den Fall, daß die vom Schallsender 2 abgestrahlte Schallenergie im Bereiche zwischen den Elektroden 4', 4" eine für das Ablösen der Feststoffe von den Elektroden unzureichende Schallenergiedichte ergeben sollte, können im Bereiche der Seitenwände des die Elektroden 4', 411 aufweisenden Teils der Vorrichtung zusätzliche Schallsender 2' vorgesehen sein, welche, wie Fig. i zeigt, mit ihrer Schallabstrahlfläche im wesentlichen senkrecht zu den Flächen der Elektroden 41, 4 angeordnet sind und damit den Raum zwischen den Elektroden gut beschallen können.
Patentanspni ehe:

Claims

Patentansprüche: Verfahren zum Reinigen von Abwässern, welche feine oder feinste Schwebstoffe bzw. gelöste, emulgierte oder suspendierte organische und/oder anorganische Verunreinigungen enthalten und welche gegebenenfalls durch eine Vorreinigung von groben Verunreinigungen befreit sind, durch Elektrolyse, gegebenenfalls in Gegenwart von Schaumbildnern, wobei der gebildete Schlamm abgezogen wird, in einem ungefähr horizontalen elektrischen Feld, wobei das Abwasser im Gleichstrom zu den aufsteigenden Gasbläschen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Abwasser vor Eintritt in die Elektrolysezelle mit Ultraschall beschallt wird, wobei die Beschallung vorzugsweise auch während des Durchströmens durch den die Elektroden aufweisenden Bereich der Elektrolysezelle, jedoch mit geringerer Schallenergiedichte als vor Eintritt in die Elektrolysezelle erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser vor dem Eintritt in die Elektrolysezelle mit Schall einer Frequenz von mindestens 20 kHz, insbesondere mindestens 30 kHz, beschallt wird.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einer oder mehreren mit senkrecht angeordneten Elektroden ausgestatteten Elektrolysezellen, welche unten eine Einströmöffnung für das Abwasser aufweisen und an deren oberen Enden eine Abströmöffnung für das Abwasser und eine Einrichtung zum Abziehen des auf die Wasseroberfläche aufschwimmenden Schlammes und, in der Strömungsrichtung des Abwassers hinter den Elektrolysezellen, eine Abflußkammer für gereinigtes Abwasser vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereiche der Einströmöffnung (1) zumindest ein Schallsender (2) angeordnet ist, welcher mit seiner Schallabstrahlfläche (2a) dem zugeführten Abwasser zugekehrt ist, wobei gegebenenfalls zumindest ein weiterer Schallsender (2') seitlich der Elektroden der Elektrolysezellen mit seiner Schallabstrahlfläche im wesentlichen senkrecht zu den Elektrodenflächen stehend angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß elektroakustische, insbesondere piezoelektrische Schallsender vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Schallsender (2) am Boden der Elektrolysezelle (4) unterhalb der Elektroden (4',4") vorgesehen ist, wobei zweckmäßig die Schallabstrahl fläche (2a) dieser Schallsender (2) geneigt angeordnet ist und der Einströmöffnung (i) für zu reinigendes Abwasser zugekehrt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4', 4") aus einem anodisch löslichen Metail bzw einer#anodisch löslichen Metallegierung bestehen.