DE3203877C2 - Verfahren und Vorrichttung zur elektrochemischen Sauerstoffentfernung aus Wasser - Google Patents

Verfahren und Vorrichttung zur elektrochemischen Sauerstoffentfernung aus Wasser

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Heinz Ing.(grad.) 4600 Dortmund Bäumler
Günther Dr. Holzäpfel
Carl-Ludwig Dipl.-Chem. Kruse
Peter Dipl.-Ing. Müller
Hans Prof. Rickert
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Abstract

Mit der Erfindung werden elektrochemische Verfahren zur Sauerstoffentfernung aus sauerstoffbeladenen Fluiden sowie Vorrichtungen mit denen die beanspruchten Verfahren durchgeführt werden können angegeben. Dabei wird einmal als Anode eine inerte Elektrode eingesetzt und der an ihr entstehende Sauerstoff in einem Gasdom gesammelt und aus dem System entfernt oder als Anode eine Opferanode aus einem unedlen, in Lösung gehenden Metall eingesetzt. Die Vorrichtung mit einem einen Fluidzulauf (1) und einen Fluidablauf (2) aufweisenden Gehäuse (3) weist oberhalb des vom Fluid durchströmten Raumes (14) einen Gasdom (8) mit einem Entlüftungsventil (11) auf.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur elektrochemischen Sauerstoffentfernung aus Wasser und wäßrigen Lösungen mit einer anodischen Reaktion an einer von Wasser benetzten Anode sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In Wasser oder wäßrigen Lösungen kann Sauerstoff gelöst sein, der in vielen technischen Anlagen zur Korrosion an Metallen führen kann. Ein in jüngster Zeit mehr ;in BedciiHing gewinnendes Gebiet ist dasjenige von Fußbodenheizungen, bei denen das Heizungswasscr in Kunststoffrohren geführt ist, durch die hindurch Sauerstoff in das Heizungswasser eindiffundiert. Treten Schaden an den Kunststoffrohren selbst nicht auf, so kann es aber zu Schaden an den Metalleilungen oder aber auch in den Kesseln kommen, wenn diese nicht aus Edelmetall o. dgl. gefertigt sind Gleiche Probleme köns ncn auch in Warmwasseraufbcreitungsanlagcn im Haushalt, in der Industrie, in Schwimmbädern o. dgl. vorkommen. Das Auftreten von derartigen Schaden ist z. B. im VDI-Bericht Nr. 380, 1980, Seite 57 ff. beschrieben.
Aus dem DE-GM 81 00 340 ist ein Sauerstoffabscheider aus Wasser bekannt, der in einem zylindrischen Gehäuse eine als Opferanode dienende metallische Siebplatte vorsieht, die dort vorzugsweise aus Aluminium gefertigt ist. Diese bekannte Lösung weist erhebliche
t5 Mangel auf, da der Durchsatz beschränkt ist. Schlamm aus dem System entfernt werden muß, ein sehr hoher Strömungswiderstand gegeben ist u. dgl. mehr.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt ein elektrochemisches Verfahren zur Sauerstoffentfernung aus sauerstoffbeladenen Wässern anzugeben sowie eine Vorrichtung, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.
Grundsätzlich wäre es möglich, in das Prozeßwasser säuerstoffbindende Chemikalien, wie z. B. Natriumsulfid oder Hydrazin, einzugeben, was allerdings von den Herstellern derartiger Anlagen bisher als problematisch angesehen wurde. Auch die Anwendung der üblichen, die Anodenreaktion hemmenden Korrosionsinhibitoren ist insbesondere bei bestehenden Anlagen wegen der Ge-
jo fahr der Begünstigung von Lochkorrision an mit Rost bereits abgedeckten Stellen nicht möglich.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß an einer von Wasser benetzten Kathode der im Wasser vorhandene Primärsauerstoff reduziert und an einer räumlich von der Kathode getrennten Anode Sekundärsauerstoff erzeugt, in einem Gasdom gesammelt und aus dem System entfernt wird.
Für die zum Verständnis wesentliche Unterscheidung zwischen »Primärsauerstoff« und »Sekundärsauerstoff« sei angemerkt, daß der im Prozeßwasser gelöste Sauerstoff als Primärsauerstoff bezeichnet und der sich aufgrund der elektrochemischen Reaktion zusätzlich an der Anode bildende Sauerstoff als Sekundärsauerstoff bezeichnet wird. Das beanspruchte Verfahren könnte daher auch als Umpumpen des Sauerstoffs bezeichnet werden.
In Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Anode als Inertelektode ausgebildet ist, wobei die Erfindung allerdings nicht hierauf ausschließlich beschränkt ist.
Zweckmäßig ist es, wenn der Strom zwischen Anode und Kathode durch einen Potentiostaten geregelt und gesteuert wird, wobei bei einer entsprechenden Steuerung eine vollautomatische Überwachung der Wasserqualität in bezug auf den Gehalt an gelöstem Sauerstoff erfolgen kann. Hierbei kann ein Permanentregler oder eine intermittierende oder Intervallregelung vorgesehen sein u. dgl. mehr.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur
w) elektrochemischen Sauerstoffentfernung aus Wässern oder wäßrigen Lösungen mit einem Wasserzulauf und einem Wasserablauf aufweisenden Gehäuse.
Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen
br> Art vor, daß oberhalb eines vom Wasser durchströmten Raumes ein Gasdom mit einem Entlüftungsventil vorgesehen ist und wenigstens im oberen Bereich des Gehäuses eine inerte, elektrisch isolierte Anode oder cine Op-
feranode vorgesehen ist, während in dem vom Wasser durchströmten Raum wenigstens eine Kathode angeordnet ist
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 5—10, welche wesentliche vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgernäßen Vorrichtung zum Inhalt haben. Ziel ist dabei z. T. eine besonders gute Ausbildung der Stromlinienverteilung, die Möglichkeit eines großen Volumendurchsatzes des zu behandelnden Wassers und eine Verminderung der Reibung sowie t;ine optimale Steuerung.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die in der einzigen Figur ein Prinzipbild einer möglichen Vorrichtungsvariante darstellt.
In einem mit einem Wasserzulauf 1 und einem Wasserablauf 2 versehenen Gehäuse 3, welches z. B. aus einem elektrisch leitenden Material bestehen kann, sind zwei gitterartige Kathoden 4 und 4' angeordnet und im Winkel zur von den Pfeilen 5 bezeichneten Strömungsrichtung dargestellt. Die (Gitter-) Kathoden 4,4' sind an einer Gleichstromquelle 6 angeschlossen, die selbst von einem nicht näher dargestellten Potentiostaten steuerbar ist.
Unter Zwischenschaltung von elektrischen Isolationen, z. B. einer Isoiier-Dichtscheibe 7, ist das Gehäuse 3 mit einem einen Gasdom 8 aufweisenden Bereich 9 ausgerüstet, in das eine Anode 10 aus inertem Material elektrisch isoliert eingeführt ist, welche als Ring- oder Telleranode ausgebildet sein kann. Die Anode 10 ist ebenfalls mit der Gleichstromquelle 6 verbunden. Im Gasdom 8 ist ein Entlüftungsventil 11 eingebaut. Per obere Anodenraum 13 ist vom Raum 14 durch ein Diaphragma 12 getrennt.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist die folgende:
Bei Beaufschlagung von Anode und Kathode mit Gleichstrom von der Gleichstromquelle 6 bildet sich ein elektrisches Feld zwischen der Anode 10 und den oder der Kathode 4, welches den Raum 14 des Fluids möglichst gleichmäßig durchsetzt. Damit werden OH-Ionen erzeugt, der gelöste Primärsauerstoff also in dieser Wei- 4η se gebunden. Allerdings bildet sich an der Kathode 10 Sekundärsauerstoff. Um zu vermeiden, daß dieser Sekundärsauerstoff in das gerade vom Sauersloff befreite Fluid erneut eintritt, ist der Anodenraum 13 durch das Diaphragma 12 gegenüber dem Raum 14 des Fluids gesperrt. Der Sauerstoff sammelt sich daher im Gasdom 8 und kann durch Erhöhung des Innendruckes oder durch andere MiUeI automatisch über das Ventil 11 entlüftet werden.
Es kann z. B. eine Opferanode eingebaut werden, so w daß statt des Entlüftungsventil 11 cine Entschlammungsöffnung o. dgl. vorgesehen sein kann. In diesem KaII wäre das Diaphragma 12 entbehrlich.
Die Steuerung über den Potcnliostalen ist iii der Regel so, daß der an der Kathode vorbeipassicrende Sau- γλ erstoff gerade reduziert wird und damit aus der Lösung entfernt wird. Da die Flüssigkeit im Anodenraum während des Betriebes sauer wird, steigt an dor Wand des Anodenraums 13 die Korrosionsgefahr, so daß dieser Teil zweckmäßig aus nichtkorrodierendem Material, wi wie Kunststoff. Edelstahl oder Titan besteht. Bei der Verwendung von Anoden aus unedlem Metall, kann durch direkte Verbindung zwischen Anode und Kathode die elektrische Versorgung durch eine potentiostatische Stromquelle entfallen. μ
Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur elektrochemischen Sauerstoff entfernung aus Wasser und wäßrigen Lösungen mit einer anodischen Reaktion an einer vom Wasser benetzten Anode, dadurch gekennzeichnet, daß an einer vom Wasser benetzten Kathode der im Wasser vorhandene Primärsauerstoff reduziert und an einer räumlich von der Kathode getrennten Anode Sekundärsauerstoff erzeugt, in einem Gasdom gesammelt und aus dem System entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Anode als inerte Elektrode ausgebildet ist
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Strom zwischen Anode und Kathode über einen Potentiostaten gesteuert wird.
4. Vorrichtung zur elektrochemischen Sauerstoffentfernung aus Wässern nach Anspruch 1 mit einem einen Wasserzulauf und einen Wasserablauf aufweisenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb eines vom Wasser durchströmten Raumes (14) ein Gasdom (8) mit einem Entlüftungsventil (1 i) vorgesehen ist und wenigstens im oberen Bereich des Gehäuses (3) eine inerte, elektrisch isolierte Anode (10) oder eine Opferanode vorgesehen ist, während in dem von Wasser durchströmten Raum (14) wenigstens eine Kathode (4,4') angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Raum (14) und dem den Gasdom aufweisenden Bereich (9) des Gehäuses (3) ein Diaphragma (12) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im vom Wasser durchströmten Raum (14) wenigstens eine als Netz. Gitter od. dgl. ausgebildete Kathode (4) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (4,4') als in Strömungsrichtung (5) im Winkel angeordnete Gilter ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gasdom (8) enthaltenden Bereiche (9) der Vorrichtung (3) aus einem nichtkorrodierenden Material bestehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (12) aus poröser Keramik oder porösem Glas besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anode (10) und Kathode (4,4') eine potentiostatisch geregelte Stromquelle (6) vorgesehen ist.
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