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'Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von wässrigen
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Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Reinigen von wässrigen Flüssigkeiten, die mit Verunreinigungen belastet sind,
wobei bei dem Verfahren die Verunreinigungen in einem elektrischen Feld zum Aus
flocken gebracht und von der flüssigen Phase getrennt werden.
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Es sind eine Reihe von Verfahren und Elektrodenanordnungen für diese
Zwecke bekannt (vgl. OE-PS 310 100, 314 480, CH-PS 543 456 ,DT-OS 1 280 773, 1 203
702, 1 517 731, 1 240 003 und 1 517 730). In einigen der bekannten Fälle erfolgt
die Behandlung der wässrigen Flüssigkeiten unter Metallsalzzugabe zur Flüssigkeit.
Es können auch lösliche Elektroden verwendet werden. Der Betrieb ist sowohl chargenweise
als auchmi##.Durchlauf möglich. In vielen Fällen soll die Flüssigkeit intensiv durchgefürt
werden, was bei mechanischer Umwälzung zu einer Zerschlagung der Flocken führt.
Auch verwendet man eine Impfmöglicheit durch Rückführung von Restflüssigkeit von
dem
vorangegangenen Behandlungsvorgang in die neue Charge. Durch Umkehrung der Polarität
der Elektroden sollen Anlagerungen an den Elektroden vermieden werden.
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Der Ausbildung und der Anordnung der Elektroden kommt hierbei erhebliche
Bedeutung zu, wobei im allgemeinen davon ausgegangen wird, daß ein möglichst geringer
Abstand eingehalten wird und die Elektroden auch leicht austauschbar sein sollen.
So können die die zusammengehörigen Elektroden in einen Behälter einsetzbare Baueinheit
bilden, wobei die äußeren Platten gleiche Polarität besitzen sllen und die Platten
in gegenseitigen geringen Abständen durch entsprechende isolierte Abstandshalter
gehalten werden.
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Die behandelte Flüssigkeit wird häufig in anschließende Absetzbecken
geleitet, wobei zur Beschleunigung der Absetzung bzw.
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zur Verbesserung der Reinigung der Flüssigkeit mikroporöse Zusatzstoffe
zugegeben werden können.
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Diese Reinigungsverfahren sind auch für die Emulsionsspaltung bereits
eingesetzt worden, um Öl in Wasser oder Wasser in Öl zu trennen. Dabei hat man bereits
zwei Reinigungsstufen hintereinander geschaltet, wobei jede Reinigungsstufe aus
einem Elektrolysebecken und einem nachgeschalteten Absetzbecken besteht. Auch hier
erfolgt im Zulauf eine Ansäuerung der Emulsion sowie eine Rückführung des Schlammes
aus der zweiten Stufe in die Rohemulsirn.
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Die Emulsionsspaltung kann kontinuierlich oder chargenweise erfolgen.
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Man hat auch eine Reinigung bereits versucht, ohne daß es zu einer
Elektrolyse kommt. Zu diesem Zweck hat man das elektrische Feld impulsartig aufgebaut,
indem man über Kondensatoren eine impulsartige Entladung vorgesehen hat (vgl. Zeitschrift
??Abwassertechnik?! 1968, Seite V sowie Prospekt tlp .VJC 13/14-VI.75-2000 der Firma
VÖEST-ALPINE).
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Aus der Praxis ergibt sich, daß der Aufwand und die Betriebskosten
der bekannten Verfahrendnd Vorrichtungen so hoch sind, daß sich ein weitgehender
Einsatz dieser Reinigungsverfahren bisher nicht durchsetzen konnte und auf wenige
besondere Anwendungsfälle beschränkt geblieben ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen
und ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche sowohl chrgenweise als
im durchlaufenden Betrieb außerordentlich sparsam bei hervorragender Reinigungswirkung
arbeiten, so daß sowohl die Anlagekosten als auch die Betriebskosten sehr gering
gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit
dem elektrischen Feld nur in der unteren Hälfte, vorzugsweise
nur
im unteren Viertel der Flüssigkeitssäule unterworfen wird,und daß die in lotrechter
Richtung entgegengesetzten Strömungen der Flüssigkeit über einen Höhenbereich kleiner
als die Höhe der Flüssigkeitssäule aber größer als der dem elektrischen Feld unterworfene
Säulenabschnitt der Flüssigkeit getrennt gehalten werden.
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Vorzugsweise wird die Flüssigkeit bei konstantem Durchlaufbetrieb
in lotrechter Richtung entlang einer schlangenförmigen Bahn großer Amplitude durch
eine Behandlungszone geführt, wobei nahe dem unteren Bereich jedes nach oben gerichteten
Strömungsabschnittes ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dabei wird die Flüssigkeit
zweckmäßigerweise in jeden nach oben gerichteten Strömungsabschnitt mit einer gegenüber
der Aufstieggeschwindigkeit der im Bereich des elektrischen Feldes erzeugten Gasbläschen
merklich geringeren Strömungsgeschwindigkeit geführt.
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Zum Ausführen des Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung
aus, die einen die Flüssigkeitssäule einschließenden Behälter mit vorbestimmter
Flüssigkeitsstandhöhe aufweist und einer Gruppe von mehreren, in Abständen in dem
Behälter angeordneten und zur Lotrechten parallelen Elektroden. Die Anordnung wird
in der Weise weitergebildet, daß die Elektroden höchstens bis etwa zur halben, vorzugsweise
bis etwa 1/6 bis 1/4 der Flüssigkeitsstandhöhe reichen.
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Bei chargenweisem Betrieb kann die Elektrodengruppe von einem
rohrförmigen
Leitkörper von die lotrechte Ausdehnung der Elektroden übersteigender Länge umgeben
sein, dessen Querschnittsfläche gleich etwa der Hälfte der Querschnittsfläche des
Behälters ist.
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Bei kontinuierlichem Betrieb ist dagegen der Überlauf des Leitkörpers
mit dem oberen Ende eines von oben nach unten durchströmten eitabschnittes verbunden,
dessen unteres Ende seinerseits mit dem unteren Ende eines in Strömungsrichtung
nachgeschalteten Leitkörpers für die aufsteigende Flüssigkeit in Verbindung steht.
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Gemäß der Erfindung können die Elektroden ebenfalls als Paket verwendet
werden, wobei jedoch dieses Elektrodenpaket in einer Höhe kanpp über dem Grund des
Reaktors oder Behälters angeordnet wird. Die in Höhenrichtung gemessene Ausdehnung
des elektrischen Feldes ist also gering gegenüber den bekannten Anordnungen. Gleichzeitig
wird aber die Reinigungs- und Flotationsarbeit der im Bereich des elektrischen Feldes
erzeugten Gasbläschen in optimaler Weise ausgenutzt, da praktisch alle Gasbläschen
nahe dem Grund des Reaktors oder Behälters erzeugt werden und daher über die ganze
Höhe der Flüssigkeitssäule aufsteigen und dabei entsprechende Arbeit verrichten.
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Dadurch werden der Durchmischungseffekt ebenso wie die Umwälzung wesentlich
verstärkt; Durch den Leitkörper, der die nach oben gerichtete Strömung umgibt,
werden
diese Wirkungen noch unterstützt, indem die durch den Mammutpumpeneffekt entstehende
Strömung zuverlässig gerichtet wird. Ein die entstehenden Flocken zerschlagendes
Rührwerk wird entbehrlich.
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Der ausgetretene Schlamm kann mit der zugehörigen Flüssigkeit abgezogen
werden. Die Trennunjerfolgt wie bekannt, in einem nachgeschalteten Absetzbecken.
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Der Behälter kann jeden gewünschten Querschnitt aufweisen, wobei der
Leitkörper etwa die Hälfte der Fläche des Querschnittes des Behälters einnehmen
soll. Der Leitkörper soll zweckmäßigerweise auch mir 3/4 der Höhe des Flüssigkeitsstandes
einnehmen.
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Bei kontinuierlichem Betrieb wird die Strömung in einer senkrechten
Ebene schlangenförmig geführt, wobei die verschiedenen Abschnitte dieser Strömung
durch entsprechende, hintereinandergeschaltete Kammern geführt werden. Zweckmäßigerweise
ist dabei jede einzelne Kammer, in der ein Elektrodenpaket angeordnet ist, in Richtung
der Hintereinanderschaltung länger ausgebildet als quer dazu. Die Trennung der gegenläufigen
Strömungen in senkrechten Richtungen erfolgt hier nicht durch einen gesonderten
eingesetzten Leitkörper, sondern durch die entsprechend gestalteten Kammerwände
selbst, die so ausgebildet sind, daß jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende Kammern
mit Elektrodenpaket ein Schacht für die nach unten gerichtete Strömung begrenzt
wird.
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Eine besonders große Wirkung erhält man, wenn die Aufstiegsgeschwindigkeit
der Gasblasen merklich größer als die Aufstiegsströmung der Flüssigkeit in den Kammern
ist.
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Der durch Ausflockung gebildete Schlamm wird zum großen Teil durch
die Flüssigkeit mitgeführt und quillt über den Überlauf der letzten Kammer über.
Es könnte auch in jedem Kammerabschnitt ein gesonderter Teilüberlauf vorgesehen
sein, so daß ein Teil des aufgetriebenen Schlammes aus jeder Kammer abgeführt wird.
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Durch entsprechende sinnreiche Gestaltung der überläufe und Abflüsse
kann gewährleistet werden, daß der Schlamm in eine vorbestimmte Richtung a-bfließt.
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Die Elektroden werden als fertige Pakete mit Zuleitung und Stromverteilung
zwischen den Elektrodenplatten und entsprechenden Abstandshaltern lose in die Behandlungskammern
eingesetzt. Sie können aus auflösbarem Material bestehen. Durch Polaritätswechsel
kann sie gleichmäßige Abtragung aller Platten gewährleistet werden. Auch kann hierdurch
ein sich auf den Elektroden bildender Belag abgesprengt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Beispiel näher erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch
eine chargenweise arbeitende Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 im Ausschnitt
und größerem Maßstabe eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3 ein
senkrechter Schnitt durch eine mit kontinuierlichem Betrieb arbeitende Vorrichtung
gemäß der Erfindung und Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 3.
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Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 1 umfaßt einen Reaktor 2
oder Behälter, der im dargestellten Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Es können aber auch andere Querschnittsformen vorgesehen sein, insbesondere rechteckförmige
Querschnitte, die an die Querschnittsabmessungen der verwendeten Elektrodenpakete
angepaßt sind.
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Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung ist für den chargenweisen
Betrieb bestimmt und geeignet. Die normale Füllhöhe ist durch den Doppelpfeil 3
bzw. die Niveaufläche 5 angedeutet. Sie kann aber auch durch einen überlauf 5a bestimmt
sein. Bis zu der vorgesehenen Füllhöhe wird der Behälter 2 mit der zu reinigenden
Flüssigkeit gefüllt.
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Nahem Boden des Reaktors 2 ist paketförmig eine Elektrodeneinrichtung
6 angeordnet. Die Höhe 10 der Elektrodenanordnung ist klein gegenüber der Standhöhe
3 der Flüssigkeit in dem Behälter.
Die Elektroden reichen höchstens
bis zur Hälfte, vorzugsweise aber nur bis zu 1/6 bis 1/4 der Flüssigkeitsstandhöhe.
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Die Elektrodeneinrichtung 6 besteht aus einer Mehrzahl von parallel
in geringen Abständen durch Abstandshalter 17 getrennt gehaltenen,ebenenPlatten
von im wesentlichen gleichen Abmessungen, die durch entsprechende Verbindungen 15
und 16 abwechselnd miteinander verbuden sind. Den beiden Plattengruppen sind nach
oben aus dem Reaktor herausgeführte Zuleitungen 7 und 8 zugeordnet, die gleichzeitig
zum Einhängen der als Paket oder Baueinheit ausgebildeten Elektrodeneinrichtung
dienen können.
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Es ist ersichtlich, daß die Elektrodeneinrichtung 6 einerseits nur
einen Bruchteil der Flüssigkeitsstandhöhe und andererseits auch nur einen Teil der
Querschnittsfläche des Reaktors einnimmt.
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Vorzugsweise ist die von der Elektrodeneinrichtung 6 eingenommene
Fläche bei chargenweisem Betrieb etwa gleich der Hälfte der Querschnittsfläche des
Behälters 2.
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Bei Anlegen eines entsprechenden Feldes entstehen an den Elektroden
Gasblasen, die nach oben aufsteigen und dabei entsprechende Arbeit leisten. Durch
die lange Aufstiegsstrecke nimmt die von den Gasbläschen geleistete Arbeit einen
optimalen Wert an. Mit dem Gasbläschen wird auch die Flüssigkeit im Bereich der
Elektrodeneinrichtung 6 in eine nach oben gerichtete Strömung versetzt. DieserAufwärtsströmung
entspricht eine nach unten gerichtete
Strömung in den Behälterbereichen,
in denen kein elektrisches Feld erzeugt wird.
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Bei dem dargestellten Beispiel werden die beiden gegenläufigen Strömungen
durch einen rohrförmigen Leitkörper 9 über eine vorbestimmte Höhe des Reaktors bzw.
der Standhöhe der Flüssigkeit im Reaktor getrennt geführt. Diese Höhe ist merklich
kleiner als die Standhöhe der Flüssigkeit im Reaktor und beträgt vorzugsweise etwa
3/4 dieser Standhöhe. Das Leitelement 9 umgibt den Querschnittsbereich, der von
der Elektrodeneinrichtung 6 eingenommen wird, mit engem Spiel, so daß der von der
Leiteinrichtung 9 eingeschlossene Querschnittsbereich ebenfalls etwa der Hälfte
des Gesamtquerschnittes des Reaktors 2 entspricht. Die Höhe des Leitelementes 9
ist mit 11 bezeichnet, während die Elektrodenplatten unterschiedlicher Polarität
mit 13 und 14 in Fig. 1 und 2 angegeben sind.
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Bei dem Asfürungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 handelt es sich um eine
Vorrichtung zur kontinuierlichen Betriebsweise.
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Die Vorrichtung 20 weist ein relativ hohes, langgestrecktes, schmales
Reaktorgefäß 21 auf, das durch entsprechende Wände in mehrere hintereinandergeschaltete
Reaktionskammern 22, 23, 24 und 25 unterteilt ist. Jede Reaktionskammer weist nahe
dem Boden des Reaktorgefäßes eine Elektrodenanordnung 30 auf, welche nur einen Bruchteil
der Flüssigkeitsstandhöhe einnimmt, praktisch aber den
gesamten
Querschnitt der Reaktionskammer ausfüllt, wie ein Vergleich der Figuren 3 und 4
zeigt.
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Die aufeinanderfolgenden Reaktionskammern 22 bis 25 sind in Strömungsrichtung
oder in Längsrichtung des Reaktionsgefäßes 21 voneinander durch einen Fallschacht
27 getrennt, der gegenüber der voranlaufenden Reaktionskammer durch einen den Überlauf
für diese Kammer bildenden Wandabschnitt 26a und gegen die nachfolgende Reaktionskammer
durch eine Wand 26b bis auf einen nahe dem Boden liegenden Verbindung abschnitt
getrennt ist, welcher Verbindungsabschnitt unterhalb der Ebene der Elektrodenpakete
30 angeordnet ist.
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Die zu reinigende Flüssigkeit wird bei 28 in einen ersten Fallschacht
27a eingegeben und steigt aufgrund der zwischen den Elektroden erzeugten Gasblasen
in der ersten Reaktionskammer 22 nach oben. Die dabei entstehenden Ausflockungen
werden nach oben mitgenommen und laufen über den überlauf 26c in den nachfolgenden
Schacht 27. Dieser Vorgang setzt sich bis zum Ablauf 29 in Höhe des Überlaufs der
letzten Reaktionskammer 25 fort.
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Die überläufe der einzelnen Reaktionskammern können in unterschiedlicher
Höhenlage angeordnet sein. Es können auch zusätzliche Abläufe so vorgesehen sein,
daß aus jeder Reaktionskammer oder aus bestimmten Reaktionskammern ein Teil des
entstehenden Schlammes direkt aus dem Reaktionsgefäß 21 abgeführt wird.
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Die zu reinigende Flüssigkeit wird in den Zulauf 28 in einer volumetrischen
Leistung bezogen auf das Fassungsvermögen und die Durchlaufquerschnitte eingeführt,
die genau auf die Wirkung der elektrischen Felderabgestimmt ist. Dabei hat es sich
als zweckmäßig erwiesen, diese Faktoren so aufeinander abzustimmen, daß in jeder
Reaktionskammer 22 bis 25 die Aufstiegsgeschwindigkeit der im elektrischen Feld
erzeugten Bläschen merklich größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit der in diesen
Kammern nach oben gerichteten Strömung der Flüssigkeit.
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Nehrwöchige Untersuchungen mit einer Vorrichtung ähnlich der nach
Fig. 1 und 2 haben gezeigt, daß eine sehr gute Reinigung auch stark verschmutzer
Wässer bei realistisch vertretbaren Kosten erreicht werden kann. Der Reinigungsgrad
ist dabei frei wählbar und direkt von der Stromstärke abhängig, über die auch die
Reinigungszeit beeinflußt werden kann. Bei Verwendung von Aluminium als Elektrodenmetall
kann die Absetzzeit in den nachgeschalteten Absetzbecken geringer als bei mit Eisenelektroden
behandelten Wässern gewählt werden. Auch andere Elektrodenmetalle sind geeignet.
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Das neue Verfahren kann zur Faulschlammeindickung, zum Ausbau von
Mehrkammerfaulgruben, als Ersatz für vollbiologische Kleinkläranlagen, zur Vorbehandlung
von hochbelasteten Abwässern, zur Behandlung von speziellen Industrieabwässern und
dgl. eingesetzt werden. Der Amperewert zum Betrieb der Elektrodenpakete kann bei
industriellen Anlagen bis zu mehreren 1000 Ampere betragen.
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