DE3490677C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrich­ tungen zur Reinigung einer verschmutzten Flüssigkeit, ins­ besondere betrifft sie Elektrokoagulatoren.

Zugrundeliegender Stand der Technik.

Von den bekannten Einrichtungen zur Reinigung einer verschmutzten Flüssigkeit erfahren in der letzten Zeit Ein­ richtungen zur elektrochemischen Reinigung der Flüssigkeit, im besonderen Elektrokoagulatoren, immer mehr Verbreitung, welche Elektrokoagulations- und Elektrofloations-Reinigungs­ verfahren realisieren, was sich durch ihre hohen technolo­ gischen Möglichkeiten erklärt.

Es sind Elektrokoagulatoren bekannt (L. A. Kulsky, P. L. Strokach u. a. "Ochistka vody elektrokoagulyatsiei" (Wasser­ reinigung durch Elektrokoagulation, Kiev, 1978)), bei denen der Prozeß der elektrochemischen Reinigung der Flüssigkeit sowohl in periodischer als auch in kontinuierlicher Betriebs­ weise durchgeführt wird. Periodisch arbeitende Elektrokoagu­ latoren enthalten vorwiegend ein Elektrolysebad mit einem in diesem untergebrachten System von löslichen Metallelektro­ den, welches Bad mit Stutzen für die Zuführung der verschmutz­ ten und Ableitung der behandelten Flüssigkeit versehen ist. Die verschmutzte Flüssigkeit wird in einen solchen Elektro­ koagulator unmittelbar dem Arbeitsvolumen, wo sich die lös­ lichen Elektroden befinden, zugeführt, weshalb die Elektro­ denzwischenräume ebenfalls mit der zu reinigenden Flüssigkeit ausgefüllt werden. Beim Anlegen einer Spannung an die Elektro­ den erfolgt die anodische Auflösung des Elektrometalls mit dem Übergang in die Flüssigkeit eines Teils von Metallionen, beispielsweise Al³⁺, mit deren nachfolgender Hydrolyse in Wasser unter Bildung von sorptionsaktiven Teilchen von Me­ tallhydroxid, insbesondere Al(OH)₃. Bei der Wechselwirkung der positiv geladenen Teilchen des Metallhydroxids mit den Schmutzstoffteilchen, die in der zu reinigenden Flüssigkeit enthalten und in der Regel negativ geladen sind, verliert das disperse System seine Beständigkeit, und die Teilchen koagulieren. Dabei bilden sich größere Teilchenaggregate, die sich in der Flüssigkeit abscheiden oder aufschwimmen und dann aus dem Elektrokoagulator entfernt werden. Das ge­ reinigte Wasser wird aus dem Apparat über einen Stutzen ab­ geleitet.

Jedoch ist gleichzeitig mit der Durchführung des Pro­ zesses der Reinigung der verschmutzten Flüssigkeit im be­ sagten Elektrokoagulator eine Adsorption von Stoffen an der Oberfläche der löslichen Elektroden zu verzeichnen. Die Adsorptionsgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Verunreinigungen in der Flüssigkeit ab: mit der Zunahme der Konzentration steigt die Geschwindigkeit an. Dies be­ wirkt die Entstehung einer erheblichen, aus Ablagerungen bestehenden Schicht an der Oberfläche der Elektroden, was eine Hemmung der anodischen Auflösung des Metalls und folg­ lich eine Senkung der Leistung des Elektrodenkoagulators be­ dingt. Außerdem hängt diese Erscheinung auch mit der zuneh­ menden Dicke der passivierenden Schicht an der Oberfläche der Elektroden hauptsächlich infolge des Metallhydrids zusammen, was zu einer unrationellen Ausnutzung des Elektrodenmetalls führt.

Es ist ein Elektrokoagulator zur Reinigung einer ver­ schmutzten Flüssigkeit bekannt (s. US-Patentschrift 35 05 188, Kl. 204-149, veröffentlicht im Jahre 1970), der eine Klärkammer und eine in dieser koaxial angeordnete Elek­ trokoagulationskammer, ein System von löslichen Elektroden und einen Stutzen für die Zuführung der verschmutzten Flüs­ sigkeit enthält. Die verschmutzte Flüssigkeit wird zum Sy­ stem von löslichen Elektroden zugeführt, die sich in der Elektrokoagulationskammer befinden, wo in dieser Flüssigkeit beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden Metallionen erzeugt werden. Hierbei wird Metallhydroxid gebildet, das die Teilchen der in der Flüssigkeit vorhandenen Verunreini­ gungen koaguliert. Die behandelte Flüssigkeit wird über die Elektrokoagulationskammer in die Klärkammer zugeführt, in welcher die Trennung der koagulierten Teilchenaggrega­ te von der Flüssigkeit stattfindet. Im weiteren werden die gereinigte Flüssigkeit und die entstehenden Abfälle aus dem Elektrokoagulator entfernt.

Bei diesem Elektrokoagulator ist ebenfalls eine Ad­ sorption von Stoffen an der Oberfläche der Elektroden und deren Passivierung zu verzeichnen, die eine Senkung der Leistung des Elektrokoagulators und eine Vergrößerung des Verbrauchs an Metall der löslichen Elektroden bedingt.

Bekannt ist ferner ein Elektrokoagulator zur Reinigung einer verschmutzten Flüssigkeit (UdSSR-Urheberschein Nr. 6 44 738, C 02 F 1/46, veröffentlicht im Jahre 1979), der eine Klärkammer mit einer koaxial angeordneten vertikalen Elektrokoagulationskammer enthält, in deren unterem Teil ein System von löslichen Elektroden eingebaut ist. Über den Elektroden ist ein Stutzen für die Zuführung der verschmutz­ ten Flüssigkeit angebracht. Im unteren Teil der Elektro­ koagulationskammer ist unter den Elektroden ein Stutzen für die Zuführung eines Elektrolyten angebracht. In der Klärkam­ mer befindet sich ein Stutzen für die Ableitung der gereinig­ ten Flüssigkeit. Dieser Elektrokoagulator kennzeichnet sich durch hohe Wirtschaftlichkeit und Leistung dank der Zuführung der verschmutzten Flüssigkeit über dem System von löslichen Elektroden und dank ihrer Vermischung dort mit dem Aufstrom des Elektrolyten, welcher im Elektrodenzwischenraum mit Me­ tallhydroxid gesättigt wird. Bei einer derartigen Behand­ lung der verschmutzten Flüssigkeit in der Elektrokoagula­ tionskammer nimmt der Adsorptionsgrad von Stoffen an der Oberfläche der Elektroden beträchtlich ab, weil der Elek­ trolyt, welcher zum System der löslichen Elektroden zuge­ führt wird, eine technisch reine Lösung ist und keine Teil­ chen von Verunreinigungen enthält.

Jedoch gestattet der bekannte Elektrokoagulator es nicht, die Ablagerung von Stoffen an der Oberfläche der lös­ lichen Elektroden wegen des vorhandenen elektrischen Feldes um die Elektroden und der dadurch hervorgerufenen Elektro­ phorese der negativ geladenen Teilchen zu den Elektroden vollständig auszuschließen. Dies führt zur Vergrößerung der Behandlungszeit der Flüssigkeit und folglich zur Senkung der Leistung.

Offenbarung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrokoagulator zu schaffen, dessen konstruktive Ausführung es gestatten würde, durch Beseitigung der Ad­ sorption von Stoffen an der Oberfläche der löslichen Elek­ troden die Leistung des Reinigungsprozesses der verschmutz­ ten Flüssigkeit zu steigern und den Verbrauch an Elektroden­ metall durch vollständige Ausnutzung der sich bildenden Me­ tallhydroxide bei der Auflösung der Elektroden zu verringern.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Elektrokoagulator zur Reinigung einer verschmutzten Flüssig­ keit, enthaltend eine Klärkammer mit einer koaxial angeord­ neten vertikalen Elektrokoagulationskammer, in deren unterem Teil ein System von löslichen Elektroden eingebaut ist, ei­ nen Stutzen für die Zuführung der verschmutzten Flüssig­ keit, der über den Elektroden angebracht ist, einen Stutzen für die Zuführung eines Elektrolyten, welcher im unteren Teil der Elektrokoagulationskammer unter den Elektroden an­ gebracht ist, und einen Stutzen für die Ableitung der gereinig­ ten Flüssigkeit, der sich in der Klärkammer befindet, er­ findungsgemäß mit Schirmgittern versehen ist, die zwischen dem System der löslichen Elektroden und dem Stutzen für die Zuführung der verschmutzten Flüssigkeit angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, die Leistung des Elektrokoagulators um 7 bis 18% zu steigern und den Verbrauch des Elektrodenmetalls entsprechend um 10 bis 14% zu verringern. Überdies erlaubt diese konstrukti­ ve Ausführung des Elektrokoagulators, seine Abmessungen in Höhenrichtung bis um 15% zu verringern und zugleich den Me­ tallaufwand für seine Herstellung bis um 5% zu vermindern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird das Wesen der vorliegenden Erfindung an einem Beispiel ihrer konkreten Ausführung und anhand einer Zeichnung erläutert, in der die Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Elektrokoagulators dargestellt ist.

Beste Ausführungsvariante der Erfindung

Der Elektrokoagulator enthält eine Klärkammer 1, in deren Innerem eine Elektrokoagulationskammer 2 koaxial ange­ ordnet ist, die als Rohr gestaltet ist. Zwischen den Kammern 1 und 2 ist eine ringförmige Klärzone gebildet. Die Klär­ kammer 1 besitzt einen Stutzen 3 für die Ableitung der ge­ reinigten Flüssigkeit und eine Rinne 4 für die Ableitung von sich bildenden Abfällen aus dem Elektrokoagulator, wel­ cher Stutzen im oberen Teil der Klärkammer 1 angebracht ist.

Im unteren Teil der Elektrokoagulationskammer 2 ist ein System von löslichen Elektroden 5 eingebaut, das an eine (nicht gezeichnete) Gleichstromquelle angeschlossen ist. Über dem System der Elektroden 5 ist ein Stutzen 6 für die Zuführung einer verschmutzten Flüssigkeit in die Kammer 2 angebracht. Für die Zuführung eines Elektrolyten in die Elektrokoagulationskammer 2 ist ein Stutzen 7 vorgesehen, welcher in ihrem unteren Teil unter dem System der löslichen Elektroden 5 angebracht ist.

Im mittleren Teil der Elektrokoagulationskammer 2 sind zwischen dem System der löslichen Elektroden 5 und dem Stut­ zen 6 für die Zuführung einer verschmutzten Flüssigkeit Schirmgitter 8 angeordnet, die an eine (in der Figur nicht gezeigte) autonome Speisungsquelle angeschlossen sind.

Der Elektrokoagulator arbeitet folgenderweise. Vor der Behandlung der verschmutzten Flüssigkeit füllt man den In­ nenraum des Elektrokoagulators über den Stutzen 7 mit einem reinen Elektrolyten, z. B. mit einem technisch reinen Wasser, aus, worauf man den löslichen Elektroden 5 und den Schirm­ gittern 8 eine Spannung von den Speisungsquellen zuführt. Dabei schließt man das obere Schirmgitter 8 an den Minuspol der Speisungsquelle an. Die Höhe der den Schirmgittern 8 zugeführten Spannung wird in Abhängigkeit von der Konzentra­ tion von Schmutzstoffen geregelt: mit einer Erhöhung der Konzentration der Stoffe nimmt der Spannungswert ebenfalls zu.

Nach Ablauf einer gewissen Zeit nach der Stromzuführung zu den Elektroden 5 führt man dem Elektrokoagulator über den Stutzen 6 die verschmutzte Flüssigkeit zu, während man die Elektrolytzufuhr in den Betriebszustand überführt.

Während der anodischen Auflösung des Metalls der Elek­ troden 5 wird Metallhydroxid gebildet, welches durch den Aufstrom des Elektrolyten in die Zone der Vermischung mit der verschmutzten Flüssigkeit geleitet wird. Hierbei bil­ den sich infolge der Koagulation größere Teilchenaggregate der Verunreinigungen, die auf die Oberfläche der Flüssig­ keit aufschwimmen. Diesen Prozeß begünstigt auch ein sich an den Elektroden entwickelndes Gas.

In der Klärkammer 1 findet die Trennung der gereinigten Flüssigkeit von den entstehenden Abfällen statt, die mit Hil­ fe der Rinne 4 entfernt werden. Die gereinigte Flüssigkeit wird über den Stutzen 3 abgeleitet.

Während der Behandlung der verschmutzten Flüssigkeit in der Elektrokoagulationskammer 2 tragen die Schirmgitter 8 zur Abstoßung der negativ geladenen Teilchen der Verunrei­ nigungen nach oben bei und verhindern ihr Vordringen nach unten zur Oberfläche der Elektroden 5.

Somit schließt die Konstruktion des erfindungsgemäßen Elektrokoagulators die Adsorption von Stoffen an der Ober­ fläche der löslichen Elektroden 5 praktisch vollständig aus, was durch die Anbringung der Schirmgitter 8 über dem genannten System der Elektroden 5 erreicht wird, welche Schirmgitter die Elektrophorese der geladenen Teilchen zu den Elektroden 5 verhindern, die durch das Vorhandensein eines elektrischen Feldes in der Elektrokoagulationskammer 2 hervorgerufen ist. Hierbei werden die Teilchen der Verun­ reinigungen von den Schirmgittern 8 abgestoßen, denen das Potential derselben Polarität zugeführt wird, wie sie die Teilchen besitzen. Somit dringen die Teilchen der Verunrei­ nigungen zur Oberfläche der Elektroden 5 nicht vor, was eine konstante und hohe Geschwindigkeit der anodischen Auflösung des Metalls der Elektroden 5 gewährleistet. Infolgedessen bilden sich Teilchen des sorptionsaktiven Metallhydroxids, welche durch den Aufstrom des technisch reinen Elektrolyten in die über den Elektroden 5 befindliche Zone der Vermischung mit der verschmutzten Flüssigkeit gefördert werden. Dabei wird das sich bildende Metallhydroxid vollständig ausge­ nutzt, was zur Verringerung des Verbrauchs an löslichen Elektroden führt. Dies trägt wiederum zur Erhöhung der Ko­ agulationsgeschwindigkeit der Teilchen der Verunreinigun­ gen und folglich zur Steigerung der Leistung des Elektro­ koagulators bei.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die Erfindung kann zur Reinigung einer Flüssigkeit an­ gewendet werden, die mit mechanischen Stoffen, mechanischen Aufschwemmungen usw. verschmutzt ist.

Am zweckmäßigsten ist die vorliegende Erfindung zur Reinigung von mit Erdölprodukten, Polymeren und Fetten ver­ schmutzten Flüssigkeiten, beispielsweise von Abwässern an­ zuwenden, welche emulgierte Öle, Dispersionen von Poly­ methylmethakrylat enthalten.

Claims (1)

1. Elektrokoagulator zur Reinigung einer verschmutzten Flüssigkeit, enthaltend eine Klärkammer (1) mit einer ko­ axial angeordneten vertikalen Elektrokoagulationskammer (2), in deren unterem Teil ein System von löslichen Elektro­ den (5) eingebaut ist, einen Stutzen (6) für die Zuführung der verschmutzten Flüssigkeit, der über den Elektroden an­ gebracht ist, einen Stutzen (7) für die Zuführung eines Elektrolyten, welcher im unteren Teil der Elektrokoagula­ tionskammer (2) unter den Elektroden (5) angebracht ist, und einen Stutzen (3) für die Ableitung der gereinigten Flüssigkeit, der sich in der Klärkammer (1) befindet, da­ durch gekennzeichnet, daß er mit Schirmgit­ tern (8) versehen ist, die zwischen dem System der löslichen Elektroden (5) und dem Stutzen (6) für die Zuführung der verschmutzten Flüssigkeit angeordnet sind.