DE4007805A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von abwasser von mitgefuehrter geloester fracht mittels elektrolyse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abwasser von mitgeführter gelöster Fracht mittels Elektrolyse sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Alle organisch belasteten Industrieabwässer enthalten zugleich gelöste anorganische Salze, weshalb sie eine deutliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Beim Durchfluß von Gleichstrom wird jedoch in solchen Abwässern nicht nur die erwartete Zersetzung des Wassers in Wasserstoff erzielt. Vielmehr hat sich gezeigt, daß eine oxydative Zersetzung vieler organischer Inhaltsstoffe stattfindet. Die Werte von BSB₅ und CSB, welche organische Substanzen anzeigen, vermindern sich in einer solchen Elektrolyse. Auch Farbstoffe werden zerstört, so daß ein derart behandeltes Abwasser farblos wird. Was bisher nur mit Hilfe von Bakterien in biologischen Kläranlagen möglich war, kann mittels Elektrolyse im Durchlaufverfahren mit der genannten Reaktion weitgehend erzielt werden.

Als Elektroden können Metallplatten dienen, wie sie zum Beispiel in der Galvanik eingesetzt werden. Aluminium, Eisen, auch Kohle sind in den handelsüblichen Formen verwendbar. Allerdings erlauben die Platten-Elektroden nur unter überhöhtem Aufwand eine volle Ausnutzung des elektrischen Stromes. Wird der Abwasserstrom horizontal zwischen den Platten eingeführt, erleidet er rasch eine unkontrollierte Änderung seiner Fließrichtung nach oben. Die Gasbläschen, welche zwischen den Platten entstehen, reißen die Flüssigkeit nach oben. Große Teile der Plattenflächen bleiben dadurch ungenutzt oder reagieren mindestens nicht vollständig. Zur Erzielung eines ausreichenden Effekts muß deshalb der Durchlauf des Abwassers mehrfach durch solche Plattenpakete erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reinigung des Abwassers mit höherem Nutzeffekt und geringerem Aufwand zu ermöglichen sowie eine dazu geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Dazu wird zum Reinigen von Abwasser von mitgeführter gelöster Fracht mittels Elektrolyse das Abwasser durch wenigstens ein Paar elektrisch leitfähiger, konzentrischer Rohre geleitet, zwischen denen eine elektrische Gleichspannung aufrechterhalten wird. Es wurde nämlich gefunden, daß in ineinander gesteckten Rohren, deren eines als Anode und das andere als Katode benutzt ist, eine wesentlich vollständigere Oxidation der organischen Inhaltsstoffe im Durchflußverfahren erzielbar ist. Die wesentlich verbesserte Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus der nachstehenden Vergleichstabelle, in deren linken Spalte die vom verunreinigten Wasser mitgeführte Fracht als Roh-CSB angegeben ist und die mittlere Spalte die Schmutzfracht als Rest-CSB des auf gleicher Zeile genannten verunreinigten Wassers nach elektrolytischer Behandlung in herkömmlicher Weise an Plattenelektroden und die rechte Spalte die verbleibende Schmutzfracht des gleichen verunreinigten Wassers bei erfindungsgemäßer Behandlung in Rest-CSB angibt.

Diese Ergebnisse wurden erzielt bei gleichen Elektrodenflächen von 0,25 qm und 3 Minuten Behandlungsdauer.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das verunreinigte Wasser in eines der Rohre eingeleitet und das gereinigte Wasser am Überlauf des anderen Rohres abgezogen wird. Ferner empfiehlt es sich, dem Rohrpaar wenigstens ein weiteres konzentrisches, elektrisch leitfähiges Rohr in Strömungsrichtung nachzuschalten und die Gleichspannung zwischen dem weiteren Rohr und dem ihm benachbarten Rohr des Rohrpaares aufrecht zu erhalten.

An den Metallflächen der Elektroden entstehen die erwähnten Gasblasen. Sie erzeugen an der Wasseroberfläche einen Schaum. Dieser ist bei Einsatz von Plattenelektroden nur unvollständig abzustreifen und verschmutzt im Dauerbetrieb die Platten erheblich. Sie verlieren im gleichen Ausmaß an Aktivität. Dieser Nachteil wird durch eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dahingehend behoben, daß am Überlauf eines der beiden Rohre auftretender Schaum abgeleitet wird. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung ist dem Schaum die Möglichkeit gegeben, sich selbsttätig über den Rand der Rohre zu bewegen. Es entsteht also insgesamt eine Flotation, welche zu einer Trennung von Schaum und Klarwasser führt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist wenigstens ein Paar konzentrischer Rohre auf, die an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Zweckmäßig erhebt sich das Innenrohr wesentlich über das freie Ende des Außenrohres und endet oberhalb des Bodens des Außenrohres. Ferner kann in besonders günstiger Ausführungsform der Erfindung das Außenrohr von wenigstens einem weiteren konzentrischen elektrisch leitfähigen Rohr umgeben sein, welches derart an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, daß die Gleichspannung zwischen ihm und dem nächstbenachbarten Rohr aufrecht erhalten bleibt. Die Strömungsquerschnitte aller Rohre sind bevorzugt untereinander gleich. Schließlich empfiehlt es sich zur Ableitung des eventuell auftretenden Schaumes, daß die freien Enden der äußeren Rohre mit einer Ablaufrinne für Schaum verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch den mittleren Bereich der im Betrieb befindlichen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht von schräg oben auf die mit Anschlußfahnen versehenen Rohre der Vorrichtung bei nicht dargestellten Zulauf und Überlauf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus den ineinander konzentrisch angeordneten Rohren 1, 2, 3, welche zu ihrem oberen, offenen Ende hin von einem die Rohre in ihrem oberen Endbereich rohrförmig konzentrisch umgebenden nach oben hin offenen Überlauf 6 mit einem Schaumabzugskanal 7 berandet werden und wobei das untere Ende der Rohre 1, 2, 3 in ein das äußere Rohr 3 umlaufendes Klarwassersammelrohr 12 mündet, welches mit einem Schwanenhals 11 verbunden ist, der sich neben den Rohren 1, 2, 3 parallel zu den Rohren 1, 2, 3 beabstandet erstreckt und in den Ablauf des Klarwassers 5 mündet.

Der Zulauf 4 wird durch das innerste Rohr 1 gebildet, wobei sich der Zulauf 4 in axialer Richtung über die Rohre 2 und 3 im Bereich des Überlaufs 6 hinaus erstreckt und in nicht dargestellter Weise konstruktiv mit den das verschmutzte Wasser zuführenden Einheiten verbunden ist.

Das Rohr 1 ist konzentrisch innerhalb des Rohres 2 angeordnet, wobei es sich nicht ganz bis zu dem Boden 13, welcher mit dem Rohr 2 an dem dem Überlauf 6 gegenüberliegenden Ende mediumdicht verbun­ den ist, erstreckt.

Der Boden 13, welcher am unteren, an dem dem Überlauf 6 gegenüberliegenden Ende der Rohre 1, 2, 3 angeordnet ist, bildet durch den Zwischenraum zwischen dem Rohr 1 und seiner dem Rohr 1 zugewendeten Innenfläche zusammen mit dem unteren Bereich des Rohres 2 einen Umkehrkanal 35 aus, in welchem aus dem Inneren des Rohres 1 zugeführtes Wasser in seiner Strömungsrichtung eine Umkehr beim Übergang vom Inneren des Rohres 1 in den Querschnitt zwischen dem Äußeren des Rohres 1 und dem Inneren des Rohres 2 erfährt.

Die Querschnittsfläche zwischen Rohr 1 und Rohr 2 ist von der gleichen Größe wie der Innenquerschnitt des Rohres 1.

Das Rohr 2 erstreckt sich mit seinem oberen, im Bereich des Überlaufs 6 angeordneten Ende nicht ganz bis zu dem oberen Ende des Rohres 3, welches das Rohr 2 konzentrisch umgibt, so daß zwischen dem Inneren des Rohres 3 und dem Äußeren des Rohres 1 ein nach oben offenes Bassin ausgebildet ist, innerhalb dessen die Wasseroberfläche 14 nach oben hin zugänglich ist.

Die Querschnittsfläche zwischen dem Rohr 3 und dem Rohr 2 ist gleich der Querschnittsfläche zwischen dem Rohr 2 und dem Rohr 1.

Das Rohr 3 wird in seinem äußeren oberen Bereich, unterhalb seines Endes von dem rohrförmigen Überlauf 6 radial beabstandet umgeben, wobei sich der Überlauf 6 derart weit über das Ende des Rohres 3 in axialer Richtung weitergehend erstreckt, daß der erfindungsgemäß anfallende Schaum 8 zu jeder Zeit unterhalb des oberen Randes des Kragens 17 des Überlaufes 6 befindlich ist.

In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Kragen 17 des Überlaufs 6 eine Höhe, die in etwa dem Durchmesser des Rohres 3 entspricht.

Der Boden 9 des Überlaufes 6 ist mediumdicht mit dem Äußeren des Rohres 3 verbunden und schließt den Überlauf 6 nach unten hin ab, wobei der Boden 9 schräg zur Wasseroberfläche 14 verläuft und an seinem tiefsten Punkt in den Schaumabzugskanal 7 mündet, welcher am unteren Ende des Überlaufs 6 sich in radialer Richtung vom Überlauf 6 weg erstreckend angeordnet ist.

Das untere, im Bereich des Bodens 13 liegende Ende des Rohres 3 erstreckt sich nicht ganz bis zum Boden 13, sondern mündet in das rechteckige Klarwassersammelrohr, welches die Rohre radial umlaufend umgibt und an seiner Unterseite mit dem Boden 13 abschließt.

Auf der dem Schaumabzugskanal 7 gegenüberliegenden Seite erstreckt sich in radialer Richtung vom Klarwassersammelrohr 12 der Kanal 15 weg, welcher in den Schwanenhals 10 mündet.

Der Schwanenhals 10 besteht aus einem Rohr 16, welches sich beabstandet und parallel zu den Rohren 1, 2, 3 erstreckt, wobei etwa in Höhe des Wasserspiegels 14 der rohrförmige Ablauf 5 des Klarwassers zu der den Rohren 1, 2, 3 abgewandten Seite hin angeordnet ist.

Oberhalb des Ablaufs 5 des Klarwassers endet das Rohr 16, etwa in Höhe des oberen Endes des Überlaufs 6.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle der in diesem Beispiel ausgeführten drei konzentrisch ineinander angeordneten Rohre entweder zwei oder mehr als drei Rohre konzentrisch ineinander anzuordnen.

Eine erfindungsgemäße Rohranordnung, die fünf ineinander geschachtelte Rohre 1, 2, 3, 33, 34 enthält, ist in Fig. 2 dargestellt.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der äußeren Mantelfläche der Rohre 1, 2, 3, 33, 34 jeweils 3 Anschlußfahnen 18 bis 32 elektrisch leitend befestigt, welche die Rohre nach oben hin überragen und aus rechteckigen flächigen langgestreckten elektrisch leitfähigem Material bestehen.

Im oberen, die Rohre 1, 2, 3, 33, 34 überragenden Bereich der Anschlußfahnen 18 bis 32 sind jeweils in jeder Anschlußfahne vier Bohrungen 35, 36, 37, 38 angeordnet, welche die Anschlußfahnen in auf die Rohre 1, 2, 3, 33, 34 bezogener radialer Richtung durchsetzen.

An diesem oberen Bereich der Anschlußfahnen 18 bis 32 sind mittels der Bohrungen 35 bis 38, welche vorteilhaft als Gewindebohrungen ausgeführt sind, in in der Fig. 2 nicht dargestellter Weise die Anschlußfahnen 18-38 mit einer Gleichstromquelle verbunden.

Erfindungsgemäß sind die Rohre durch die Anschlußfahnen 18 bis 32 mit einer Gleichstrom- oder einer die Polarität wechselnden Gleichstromquelle derart verbunden, daß sich in radialer Richtung jeweils verschiedene Polaritäten innerhalb der Rohre gegenüberliegen.

Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, den Rohren 1, 2, 3, 33, 34 weitere plattenförmige Elektroden im Bereich des Klarwasseraustrittes nachzuschalten.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen des Abwassers anhand des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben.

Durch den Zulauf 4 wird in nicht dargestellter Weise in das Rohr 1 Abwasser, welches durch mitgeführte gelöste Fracht verschmutzt ist, eingebracht. Das verschmutzte Abwasser durchsinkt das Innere von Rohr 1 und tritt an dessen unterem Ende in die Querschnittsfläche zwischen Rohr 2 und Rohr 1 ein.

Zwischen Rohr 1 und Rohr 2 ist eine Gleichspannung angelegt, so daß die im Abwasser befindlichen Ionen aufgrund des elektrischen Feldes eine Driftbewegung ausführen und es an der jeweiligen Kathode und Anode zu elektrochemischen Reaktionen kommt, die sowohl unter anderem H₂ als auch O₂ in statu nascendi freisetzen.

Diese Atome reagieren mit der organischen Fracht des Wassers, welches den Querschnitt zwischen Rohr 2 und Rohr 1 durchfließt.

Am oberen, dem Auslauf 6 zugewandten Ende des Rohres 2 überströmt das Abwasser, welches in diesem oberen Endbereich die Wasseroberfläche 14 ausbildet, das obere Ende des Rohres 2 und durchsinkt den Querschnitt zwischen Rohr 2 und Rohr 3.

Die Polarität von Rohr 3 ist gleich der Polarität von Rohr 1.

Beim Durchsinken des Querschnittes zwischen Rohr 3 und Rohr 2 finden gleichgeartete Reaktionen statt wie beim Durchfließen des Querschnittes zwischen Rohr 2 und Rohr 1, wobei in beiden Fällen bei Reaktionen auftretende Gasblasen sowie Schaum oder Schlammanteile sich auf der nach oben hin freien Wasseroberfläche 14 abscheiden.

Erreicht das dort abgeschiedene Gut, wie zum Beispiel der in der Fig. 1 dargestellte Schaum 8 die Höhe des Rohres 3, so wird das Rohr 3 von diesem überflossen, wobei sich der Schaum 8 im Innern des Überlaufs 6 fängt, da der Überlauf 6 sich in axialer Richtung über das Rohr 3 hinaus erstreckt.

Der Schaum 8 fließt, bedingt durch den relativ zur Wasseroberfläche 14 schrägen Boden 9 zur tiefsten Stelle des Bodens 9, an welcher der Schaumabzugskanal 7 angeordnet ist, wobei der Schaumabzugskanal 7 den Schaum 8 in nicht näher dargestellter Weise an weitere Einheiten zum Abtransport des Schaumes weiterleitet.

Das Abwasser zwischen Rohr 2 und Rohr 3 nimmt, auf die gleiche Weise wie das Abwasser zwischen Rohr 1 und Rohr 2 längs seiner Fließrichtung an Anteilen gelöster mitgeführter Fracht stetig ab.

Die Fließgeschwindigkeit sowie die Anzahl der verwendeten Rohre ist hierbei der das Wasser verschmutzenden Fracht angepaßt, so daß der angestrebte Reinigungsgrad nach dem Durchfließen der Rohre erreicht ist.

Hierbei zeigt die Erfahrung, daß durch Säurefarbstoffe verschmutztes Abwasser bereits nach drei Minuten innerhalb des ersten Zylinderpaares eine hinreichende Reinigung erfahren hat, jedoch Verschmutzungen mit hohen CSB und BSB Werten, die Eiweiße, wie zum Beispiel Albumin, Collagen, Keratin oder Hautfette aufweisen, teilweise mindestens fünf ineinander angeordnete Rohre benötigen, um nach Durchfließen dieser Rohre den angestrebten Reinigungsgrad aufzuweisen.

Um der während des Durchfließens der Rohre auftretenden Belegung der Rohrwände entgegenzuwirken, wird vorzugsweise nach fest definierten Zeiteinheiten die Polarität der einzelnen Rohre vertauscht, um somit die ionische Fließrichtung und die an der Rohrwandung entstehenden Reaktionsprodukte zu ändern.

Nach Durchfließen der Rohre 1, 2, 3 tritt das Abwasser, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren zu Klarwasser geworden ist, am unteren Ende von Rohr 3 in das Klarwassersammelrohr, verläßt dieses durch den Kanal 15 und fließt in das Rohr 16 des Schwanenhalses 10, in welchem sein Wasserstand in etwa die gleiche Höhe wie die Wasseroberfläche 14 erreicht und tritt aus dem Schwanenhals 10 durch den Ablauf 5, der in nicht näher dargestellter Weise die erfindungsgemäße Vorrichtung mit weiteren Einheiten zum Abtransport oder zur Nutzung des Klarwassers verbindet, aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, weitere, im Wasser befindliche ionische Anteile, wie zum Beispiel Metallionen, durch eine den Rohren 1, 2, 3, 33, 34 nachgeschaltete Anordnung aus elektrisch leitfähigen Platten mittels eines weiteren Elektrolyseschrittes chemisch zu bearbeiten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können je nach Grad der Verschmutzung Bearbeitungszeiten von 3 bis 15 Minuten oder auch länger gewählt werden, um den angestrebten Reinigungsgrad zu erzielen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Reinigen von Abwasser von mitgeführter gelöster Fracht mittels Elektrolyse, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser durch wenigstens ein Paar elektrisch leitfähiger, konzentrischer Rohre geleitet wird, zwischen denen eine elektrische Gleichspannung aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verunreinigte Wasser in eines der Rohre eingeleitet und das gereinigte Wasser am Überlauf des anderen Rohres abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohrpaar wenigstens ein weiteres konzentrisches elektrisch leitfähiges Rohr in Strömungsrichtung nachgeschaltet und die Gleichspannung zwischen dem weiteren Rohr und dem ihm benachbarten Rohr des Rohrpaares aufrecht erhalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verunreinigte Wasser in das Innenrohr des Rohrpaares eingeleitet und vom weiteren Rohr abgezogen wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Überlauf des oder der Rohre auftretender Schaum abgeleitet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar konzentrischer Rohre, welche mit den Polen einer Gleichstromquelle verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Innenrohres des Rohrpaares gleich dem Querschnitt des zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr verbleibenden Ringraumes ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr oberhalb eines Bodens des Außenrohres endet.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Innenrohr wesentlich über das offene Ende des Außenrohres erhebt.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr des Rohrpaares von wenigstens einem konzentrischen weiteren Außenrohr umgeben ist, welches zur Aufrechterhaltung einer Gleichspannung zwischen dem ihm innen benachbarten Rohr an einen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf des Außenrohres und/oder des weiteren Rohres an einen Schaum-Abzugskanal angeschlossen ist.