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Selbstreinigende Vorrichtung zur Entkeimung und Entgif-
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tung von Flüssigkeiten mittels anodischer Oxidation Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Entkeimen und Entgiften von Flüssigkeiten mittels
anodischer Oxidation, mit zwei feststehenden, in einem Gehäuse mit Zufluß und Abfluß
für die Flüssigkeit gegeneinander isoliert angeordneten, einen Durchflußraum für
die Flüssigkeit zwischen sich begrenzenden und an eine Spannungsquelle anschließbaren
Hauptelektroden und mit mehreren gegeneinander und gegenüber den Hauptelektroden
isolierten, im Durchflußraum zwischen den Hauptelektroden voneinander beabstandet
angeordneten Hilfselektroden.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der DT-OS 2 337 355 bekannt. Mit
ihrer Hilfe können Verunreinigungen aus Wasser, insbesondere aus Abwasser, entfernt
werden. Derartige Verunreinigungen können z.B. sein Schwermetallionen,
Zyanide,
Aufschlämmungen, Farbstoffe, Silizium und organische Verbindungen. Bei der bekannten
Vorrichtung sind die Hilfselektroden als Metallkugeln ausgebildet, die durch Abstandskörper
voneinander getrennt zwischen den Hauptelektroden angeordnet sind. Mit Hilfe der
Hilfselektroden kann die zur anodischen Oxidation zur Verfügung stehende Elektrodenoberfläche
und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert werden.
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Die Elektroden einer derartigen Vorrichtung werden jedoch beim Betrieb
verschmutzt, was einerseits zu Kurzschlüssen zwischen den Elektroden führen kann
und andererseits Energieverluste bewirkt. Derartige Vorrichtungen müssen deshalb
in regelmäßigen Abständen gereinigt werden, was sich bei der bekannten Vorrichtung
schwierig gestaltet.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine einfache Vorrichtung zum
Entkeimen und Entgiften einer Flüssigkeit, insbesondere von Abwasser, mittels anodischer
Oxidation anzugeben, deren Elektroden kontinuierlich während des Betriebs gereinigt
werden.
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Ausgehend von der eingangs näher erläuterten Vorrichtung wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hilfselektroden als kreisförmige
Platten ausgebildet und zu einem mittels eines Motors um eine zentrische Drehachse
in Rotation versetzbaren Plattenpaket zusammengebaut sind, dessen Platten in achsnormalen,
zueinander parallelen und voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet sind, daß
die Flüssigkeit vom Umfang des Plattenpakets her zwischen die Platten einleitbar
ist, und daß als Abfluß der zwischen die Platten eingeleiteten Flüssigkeit im Bereich
der Drehachse ein die Platten in Richtung der Drehachse durchdringender, zwischen
den Platten geöffneter Kanal vorgesehen ist.
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Eine derartige Vorrichtung wirkt als Zentrifuge, die in die Fltissigkeitsschichten
im Bereich der Plattanoberfläche eindringende Teilchen oder an den Plattenoberflächen
durch anodische Oxidation entstehende, z.B. koagulierte, Teilchen radial nach außen
drückt. Die radial nach außen wirkenden Zentrifugalkräfte sind bei entsprechend
hoher Rotationsgeschwindigkeit des Plattenpakets größer als die von der nach radial
innen gerichteten Flüssigkeitsströmung auf derartige Teilchen ausgeübten Viskositätskräfte,
so daß diese Teilchen aus dem Plattenpaket herausgeschleudert werden.
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Die Beschleunigung der Teilchen reicht aus, um diese einwandfrei von
der zwischen den Platten strömenden Flüssigkeit zu separieren. Das Zentrifugieren
der Teilchen kann kontinuierlich auch während der anodischen Oxidation der Flüssigkeit
erfolgen, so daß die Platten ständig gereinigt werden, Insbesondere werden Schmutzteilchen
bereits in den radial äußeren Bereichen der Platten abzentrifugiert, womit einer
Verschmutzung und damit einer Verringerung der Wirkoberfläche der Platten entgegengewirkt
wird Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich damit vorteilhaft bei der behandlung
von Abwasser einsetzen, z.3. bei der Nachbehandlung biologisch gereinigter Abwässer
zur Beseitigung von Keimen, bei der Vorreinigung von Abwässern zum Töten von von
Krankheitskeimen, bei der Trinkwasserentkeimung und bei der Entkeimung von biologisch
belasteten Oberflächenwasser.
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Die Vorrichtung arbeitet strömungsmechanisch umso wirksamer, Je wirbelfreier
und glatter die Flüssigkeit vom Zufluß zum Abfluß durch den Durchflußraum strömt,
d.h. Je gleichmäßiger sie beim Zentrifugieren beschleunigt und verzögert wird. Bevorzugt
ist deshalb eine Ausführungsform, bei der der kanal gegenüber einem durch eine der
Hauptelektroden
und durch die dieser Hauptelektrode benachbarte
Platte des Plattenpakets gebildeten Zwischenraum dicht verschlossen ist und der
Zufluß in diesen Zwischenraum einmündet. Diese Ausführungsform ermöglicht, insbesondere
wenn der Zufluß gleichachsig mit der Drehachse des Plattenpakets einmündet, ein
besonders gleichmäßiges Einleiten der Flüssigkeit in das Gehäuse. Die in den Zwischenraum
einströmende Flüssigkeit wird bereits hier bis in den Bereich der maximalen Umlaufgeschwindigkeit
gleichmäßig beschleunigt. Sie tritt deshalb mit angepaßter Umlaufgeschwindigkeit
zwischen Platten ein, wo sie wiederum gleichförmig abgebremst wird. Auf eine Achslagerung
im Zulauf kann bei ausreichender Auswuchtung des Plattenpakets zur Vereinfachung
der Mechanik und Verbesserung der Strömung verzichtet werden.
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Die Drehachse des Plattenpakets ist vorzugsweise vertikal verlaufend
angeordnet. Hierdurch werden drehwinkelabhängige Einflüsse der Schwerkraft auf die
Flüssigkeit eliminiert.
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Das Plattenpaket ist zweckmäßigerweise auswechselbar ausgeführt, d.h.
daß es als Einheit aus dem Gehäuse entnommen werden kann. Als geeignet hat es sich
erwiesen, wenn die Platten lediglich durch Abstandshalter miteinander verbunden
sind. Der Kanal kann hierbei durch miteinander fluchtende, zentrische Öffnungen
in den Platten gebildet sein.
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Diese Ausführungsform zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus.
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In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform ist der Kanal durch
eine mit Öffnungen zwischen den Platten versehene Hohlwelle gebildet, an der die
Platten befestigt sind. Die Hohlwelle kann darüber hinaus unmittelbar zur Lagerung
des Plattenpakets herangezogen werden.
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Ein einfaches, darüber hinaus den Abfluß für die Flüssigkeit bildendes
Lager ist dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenpaket an einem gegenüber dem Gehäuse
drehbar abgedichteten Hohlwellenansatz gehalten ist, welcher innerhalb des Gehäuses
zum Kanal hin und außerhalb des Gehäuses zu einem den Hohlwellenansatz umschließenden,
mit einer Abflußleitung verbundenen Ringraum geöffnet ist. Der Hohlwellenansatz
kann Teil einer den Kanal bildenden Hohlwelle sein; er kann aber auch lediglich
als Träger des Plattenpakets dienen.
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Abzentrifugierte Teilchen erfahren eine Beschleunigung, die bis zum
500-fachen der Erdbeschleunigung betragen kann. Diese Beschleunigung kann zum Abführen
der Teilchen aus dem Gehäuse ausgenutzt werden, wenn die dem Umfang des Plattenpakets
benachbarten Innenseiten des Gehäuses bei vertikal verlaufender Drehachse des Plattenpakets
zur Bildung eines nach unten, sich insbesondere konisch erweiternden Innenraums
gegenüber der Vertikalrichtung geneigt sind. Unter der Wirkung der beim Abzentrifugieren
erzielten Beschleunigung rutschen die Teilchen entlang der gegenüber der vertikalen
und damit gegenüber der Drehachse geneigten Innenseite des Gehäuses nach unten ab,
wo sie gesammelt und als Schlamm abgeführt werden können.
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Zum Abführen des Schlamms ist zweckmäßigerweise entlang der Unterseite
der dem Umfang des Plattenpakets benachbarten Innenseiten des Gehäuses eine nach
oben offene, mit einer Abflußleitung verbundene Auffangrinne angeordnet. Die Auffangrinne
ist vorzugsweise, um die Strömung der Flüssigkeit nicht zu beeinflussen, unterhalb
der den Durchflußraum nach unten begrenzenden Hauptelektrode angeordnet.
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Zur zusätzlichen Reinigung der Plattenoberflächen können gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an den Platten anliegende, relativ
zur Plattenoberfläche bewegbare Wischer vorgesehen sein, die so ausgebildet sind,
daß sie in Umfangsrichtung zwischen den Platten eine Flüssigkeitsströmung zulassen.
Sofern es der Abstand benachbarter Platten zuläßt, können getrennte, an jeweils
einer der gegenüberliegenden Plattenoberflächen anliegende Wischer vorgesehen sein.
Angesichts der anzustrebenden geringen Plattenabstände haben sich jedoch Wischerblätter
mit einem V-Profil als günstig erwiesen, dessen Schenkel an benachbarten Platten
anliegen, wobei in den Wischerblättern zwischen den Wischlippen der Schenkel des
V-Profils Öffnungen vorgesehen sind, die den Durchtritt der Flüssigkeit in Umfangsrichtung
der Platten ermöglichen.
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Es ist denkbar, die Wischer feststehend zu halten, doch hätte dies
hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen den Plattenoberflächen und den Wischern und
damit einen relativ hohen Verschleiß zur Folge. Besser ist es, die Wischer um die
Drehachse des Plattenpakets drehbar zu halten und an ihren achsabgekehrten Enden
über die Platten hinausragende Bremsflügel anzuordnen. Derartige Wischer drehen
sich, aufgrund der Reibung zwischen den Wischlippen und
den Plattenoberflächen,
mit dem Plattenpaket mit, werden aber aufgrund der über die Platten hinausragenden
Bremsflügel abgebremst, so daß die Wischer relativ zu den Platten nur langsam in
einem durch die Größe der Bremsflügel bestimmten Maß bewegt werden können.
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Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 eine Draufsicht auf einen in der Vorrichtung
nach Fig. 1 verwendbaren Wischer; und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 111-111
aus Fig. 2.
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Fig. 1 zeigt eine zweistufige Vorrichtung zur Reinigung und Entkeimung
von Abwasser mittels anodischer Oxidation. Das bei 1 zuströmende Abwasser wird einer
Vorstufe 3 zugeführt, in der es einen Durchflußraum 5 zwischen zwei,. an eine Gleichspannungsquelle
7 angeschlossenen Elektroden 9 durchströmt. Die Elektroden 9 bestehen aus einem
ein unlösliches Hydroxid bildenden Metall, wie z.B. Eisen oder Aluminium, und bewirken
eine Vorflockung, indem das unlösliche Hydroxid kleine, im Abwasser befindliche
Teilchen, wie z.B. Schmutzteilchen, einschließt und auf diese Weise vergrößert.
Die Vorflockung erleichtert das Abzentrifugieren in der zweiten Stufe.
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Die zweite Stufe ist über eine Zuflußleitung 11 an die Vorstufe 3
angeschlossen. Sie weist in einem Gehäuse 13 feststehend angeordnete, einen Durchflußraum
14 zwischen
sich begrenzende Hauptelektroden 17 auf. Die Hauptelektroden
17 sind gegeneinander elektrisch isoliert und an'eine Gleichspannungsquelle 19 angeschlossen,
mittels der zwischen den Hauptelektroden 17 ein Potentialfeld aufgebaut wird.
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Zwischen den Hauptelektroden 17 ist eine Mehrzahl durch elektrisch
leitende Platten 21 gebildete Hilfselektroden angeordnet, die gegeneinander und
gegenüber den Hauptelektroden 17 elektrisch isoliert sind. Das Potential der Platten
21 stellt sich entsprechend ihrem Abstand voneinander und von den Hauptelektroden
17 frei ein. Die Platten 21 vergrößern die zur anodischen Oxidation zur Verfügung
stehende Elektrodenoberfläche. Die Platten 21 sind, um eine möglichst gleichmäßige
Potentialverteilung zu erzielen, zueinander parallel und mit etwa gleichen Abständen
voneinander bzw. von den Hauptelektroden 17 angeordnet.
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Der Wirkungsgrad einer derartigen Vorrichtung ist Jedoch in starkem
Maß vom Verschmutzungsgrad der Elektroden abhängig. Um ständig mit optimalem Wirkungsgrad
arbeiten zu können, ist eine kontinuierliche Reinigung der Elektrodenoberflächen
erforderlich. Dies wird im vorliegenden Fall durch Abzentrifugieren von mit dem
Abwasser zwischen die Platten 21 eingeführten Teilchen bzw. von den durch die anodische
Oxidation zwischen den Platten 21 entstandenen Teilchen erreicht. Die Platten 21
weisen deshalb Kreisform auf und sind zu einem um eine vertikale Drehachse 23 mittels
eines Motors 25 in Rotation versetzbaren Plattenpaket 15 zusammengebaut, wobei die
Platten 21 in achsnormalen Ebenen an einer Hohlwelle 29 gehalten sind. Die Hohlwelle
29 bildet einen die Platten in Richtung der Drehachse 23 durchsetzenden Kanal 31
und weist zwischen den Platten 21 Öffnungen 33 auf, über die das Abwasser aus den
Zwischenräumen zwischen den Platten 21 in den Kanal 31 und zu einer Abflußleitung
35 strömen kann.
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Die Zuflußleitung 11 mündet gleichachsig mit der Drehachse 23 auf
der Unterseite des Plattenpakets 15 in einen durch die untere Hauptelektrode 17
und die dieser Hauptelektrode 17 benachbarte Platte 21a gebildeten Zwischenraum
37. Da der Kanal 31 gegenüber dem Zwischenraum 37 mittels der Platte 21a verschlossen
ist, strömt das zugeführte Abwasser im Zwischenraum 37 radial nach außen und tritt
am Umfang des Plattenpakets 15 in die Zwischenräume zwischen den übrigen Platten
21 ein. Aufgrund der Grenzschichtreibung an den Oberflächen der Platten 21 wird
das Abwasser und damit auch im Abwasser befindliche Teilchen, seien sie mit dem
Abwasser zugeführt oder durch anodische Oxidation an den Platten 21 entstanden,
in Umfangsrichtung des Plattenpakets 15 beschleunigt. Auf die Teilchen wirkt damit
eine Zentrifugalkraft, der im wesentlichen die Viskositätskräfte des mit einer radial
nach innen gerichteten Geschwindigkeitskomponente strömenden Abwassers entgegenwirken.
Da die radial nach innen gerichtete Geschwindigkeitskomponente des Abwassers jedoch
relativ gering ist, überwiegen die Zentrifugalkräfte, so daß die Teilchen aus dem
Plattenpaket 15 herausgeschleudert und an einer dem Umfang des Plattenpakets 15
benachbarten Innenseite 39 des Gehäuses 13 aufgefangen werden können.
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Die Teilchen setzen sich entlang der Innenseite 39 als Schlamm 41
ab, der an der Unterkante der Innenseite 39 in einer unterhalb der unteren Hauptelektrode
17 gelegenen, nach oben offenen Auffangrinne 43 gesammelt und über eine mittels
eines Ventils 45 verschließbare Abflußleitung 46 abgezogen werden kann. Die Innenseite
39 ist gegenüber der Drehachse 23 geneigt und bildet einen nach unten sich erweiternden
Konus, so daß die beim Abzentrifugieren erzeugten Beschleunigungskräfte mit einer
zur Auffangrinne 43 hin gerichteten Komponente auf den Schlamm 41 einwirken können
und diesen zur Auffangrinne 43 drücken.
Schmutzteilchen können
umso besser abzentrifugiert werden, Je glatter und wirbelfreier das Abwasser durch
die Vorrichtung strömt. Neben einem weitgehend symmetrischen Aufbau der Vorrichtung
wird dies unter anderem auch dadurch erreicht, daß in den Strömungswegen wirbelbildende
Einrichtungen weitgehend vermieden sind. Wirbelbildend könnte sich ein am Ort der
Mündung der Zuflußleitung 11 anzuordnendes Lager des Plattenpakets 15 auswirken.
Das Plattenpaket 15 ist deshalb an seiner der Mündung der Zuflußleitung 11 abgekehrten
Seite fliegend am Gehäuse 13 mittels eines mit dem Motor 25 gekuppelten Hohlwellenansatzes
47 gelagert.
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Der Hohlwellenansatz 47 ist mit einer Dichtung 49 gegenüber dem Gehäuse
13 abgedichtet und leitet das über den Kanal 31 abströmende Abwasser in einen mit
der Abflußleitung 35 verbundenen Ringraum 51. Um einen Pumpeffekt ohne Verwendung
von Turbinenflügeln oder dergleichen zu erzielen, ist der Innendurchmesser des Hohlwellenansatzes
47 größer gewählt als der Innendurchmesser eines Mündungsansatzes 53 der Zuflußleitung
11.
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Beim Betrieb der Vorrichtung strömt das zu reinigende Abwasser über
die Zuflußleitung 11 und den Mündungsansatz 53 in den Zwischenraum 37 ein, in dem
es einerseits in Umfangsrichtung des Plattenpakets 15 und andererseits radial nach
außen beschleunigt wird. Das Abwasser tritt am Umfang des Plattenpakets 15 in die
Zwischenräume zwischen den Platten 21 ein und wird hier weiter in Umfangsrichtung
des Plattenpakets 15 beschleunigt. Aufgrund der Grenzschichtreibung werden im Abwasser
mitgeführte Teilchen bzw. an den Oberflächen der Platten 21 durch anodische Oxidation
gebildete Teilchen bereits in den radial äußeren Bereichen der Platten 21 kontinuierlich
abzentrifugiert. Ein Verschmutzen der Platten 21 wird damit vermieden. Das entkeimte
bzw. gereinigte Abwasser strömt über die Öffnungen
33 in den Kanal
31 ein, von dem aus es in den Ringraum 51 und die Abflußleitung 35 geleitet wird.
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Die Befestigung des Plattenpakets 15 am Gehäuse kann so gestaltet
sein, daß das Plattenpaket als Ganzes ausgewechselt werden kann. Das Gehäuse 13
kann hierzu mit einem abnehmbaren Deckel versehen sein. Gegebenenfalls kann auch
die Hohlwelle 29 durch andere Wellenkonstruktionen ersetzt sein. Geeignet sind z.B.
durch die Platten 21 tretende Gewindestäbe, mit deren Hilfe die mittels Abstandshaltern
voneinander getrennten Platten zu einem Plattenpaket verschraubt werden können.
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Der Kanal kann in diesem Fall durch miteinander fluchtende Öffnungen
in den Platten gebildet sein.
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Fig. 2 zeigt einen Wischer 55, der zusätzlich zur Unterstützung der
Reinigungswirkung der Vorrichtung nach Fig. 1 vorgesehen sein kann. Der Wischer
55 besteht aus nichtleitendem Material und weist um die Drehachse 23 des Plattenpakets
15 drehbare, mittels eines Rings 57 an der Hohlwelle 29 gelagerte Wischerblätter
59 mit einem, wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, V-Profil auf. Die Wischerblätter
59 liegen mit Jeweils an ihren Schenkeln 61 ausgebildeten Wischlippen 63 an sich
gegenüberliegenden Oberflächen benachbarter Platten 21 an. Sie sind mit Öffnungen
65 versehen, durch die das Abwasser in Umfangsrichtung des Plattenpakets 15 strömen
kann. Die Wischerblätter 59 tragen an ihren achsabgekehrten Enden Bremsflügel 67,
die über die Platten 21 hinausragen und damit die Wischerblätter 59 gegenüber den
Platten 21 des rotierenden Plattenpakets 15 geringfügig abbremsen. Auf diese Weise
unterscheidet sich die Drehzahl der Wischer 55 nur geringfügig von der Drehzahl
des Plattenpakets 15.
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Die Platten 21 bestehen aus elektrolytisch resistentem Material, wie
platiniertem Titan, rutheniumdotiertem oxidierten Titan oder anderen Legierungen
und beschichteten Leitermaterialien. Die Gleichspannungsquelle 19 kann einen
kontinuierlichen
Gleichstrom liefern; geeignet sind jedoch auch gepulste Stromquellen. Gegebenenfalls
kann'die Gleichstromquelle durch eine Wechselstromquelle mit sehr niedriger Frequenz
ersetzt sein.
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L e e r s e i t e