DE4019580A1

DE4019580A1 - Vorrichtung zum elektrochemischen absondern und entfernen von kationen und anionen aus fluessigkeiten unter verwendung eines ionentauschers

Info

Publication number: DE4019580A1
Application number: DE19904019580
Authority: DE
Inventors: Heinz Zimmermann; Hans J M Manteuffel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1991-01-03

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Entfernen von Kationen und Anionen aus Flüssigkeiten, die einen Ionenaustauscher enthält, dessen Membran einen Raum umschließt und diesen seitlich von einem weiteren Raum trennt, wobei in einem dieser Räume als Kathode und in dem anderen als Anode wirkende Elektroden angeordnet sind, an die Spannung angelegt ist.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen Flüssigkeiten einem Spannungsfeld ausgesetzt werden, wodurch die in der Flüssigkeit sich befindenden Ionen, Kationen oder Anionen, in feinster Verteilung als fester Schlamm ausfallen. Oft wird die Flüssigkeit zusätzlich zu dem elektrolytischen Vorgang zur Vergrößerung des zeitlichen Durchsatzes an gereinigter Flüssigkeit durch einen Ionenaustauscher geleitet. Auch dabei fallen feste Materialien aus. Die Vergrößerung des gereinigten Volumens ermöglicht die kontinuierliche Durchführung des Ionenaustauschprozesses, ohne daß der Flüssigkeitsstrom unterbrochen werden muß.

Eine diese Kombination des elektrolytischen und chemischen Verfahrensprinzips nutzende Vorrichtung wird in der deutschen Patentanmeldung P 33 41 242 beschrieben, bei der auf elektrochemischem Wege Sauerstoff aus einer wäßrigen Lösung entfernt wird. In dieser Anmeldung wird der Flüssigkeitsstrom durch einen durchlässigen, sich räumlich erstreckenden Ionenaustauscher geführt. Gleichzeitig wird der Flüssigkeitsstrom einem sich von konzentrisch angebrachten Elektroden radial ausbreitenden und koaxial zum Flüssigkeitsstrom erstreckenden Spannungsfeld ausgesetzt. Der bei dem Ionenaustauschprozeß entstehende Sauerstoff wird über Leitungen abgeführt.

Aus anderen Schriften, z. B. aus der deutschen Patentanmeldung P 38 05 813, ist es bekannt, daß das sich verbrauchende Ionenaustauschmaterial auf elektrolytische, chemische oder elektrochemische Weise wieder aufbereitet werden kann, ohne daß es aus der apparativen Vorrichtung entnommen werden muß. Dabei wird das Ionenaustauschmaterial beispielsweise einem pulsierenden Wechselspannungsfeld oder ionisierenden Chemikalien, die Salzen, ausgesetzt.

Allen diesen Verfahren und Vorrichtungen gemeinsam ist, daß das ausfallende feste Material im Flüssigkeitsstrom verbleibt. Dadurch kann nicht ausgeschlossen werden, daß dieses Material in einem späteren, auch unbeabsichtigten, chemischen oder elektrochemischen Prozeß wieder in den Ausgangszustand verfällt und seine schädliche oder unerwünschte Wirkung zeigt, da der Ionenaustauschprozeß durch äußere Einflüsse, wie z. B. die Zufuhr von Wärme, umkehrbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lehre anzugeben, die die Trennung des ausfallenden Materials auf einfache und umweltschonende Weise im Flüssigkeitsstrom ermöglicht, ohne daß die Gefahr einer Störung des Flüssigkeitsstromes, z. B. durch Verstopfen eines Filters, besteht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens einer der durch den Ionenaustauscher gebildeten Räume in einem Absetzraum mündet, der das ausfallende Material aufnimmt.

Durch eine solche Anordnung ist es möglich, den elektrochemischen Prozeß und die Absonderung des ausfallenden Materials kontinuierlich durchzuführen. Sieht man gleichzeitig einen Ionenaustauscher aus regenerierbarem Material vor, so ist es möglich, ihn in gewissen Zeitabständen aufzubereiten. Dazu sollte der Flüssigkeitsstrom unterbrochen sein, um die Kontaminierung der Flüssigkeit mit den zur Regenerierung des Ionentauscher verwendeten Salzen zu vermeiden. Eine für die Größe der Vorrichtung, wie auch für die Ausbreitung des elektrischen Feldes günstige Anordnung der Elektroden wird durch ihre konzentrische Positionierung erreicht. Dadurch bildet sich ein radiales Spannungsfeld aus, dessen räumliche Ausdehnung durch die Ausbildung zylindrischer, sich koaxial erstreckender oder kugelförmiger Elektroden beeinflußt werden kann. Der Volumendurchssatz kann durch die Verwendung von flüssigkeitsdurchlässigen Elektroden erhöht werden. Die Überlagerung des Spannungsfeldes mit einem magnetischen Feld erhöht die Effektivität des elektrochemischen Prozesses.

Im folgenden werden beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung erläutert.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung im seitlichen Schnitt.

Ein Flüssigkeitsstrom tritt aus dem Rohr 1 durch ein Absperrventil 2 in den elektrochemischen Ionenaustauscher ein. Dort werden in dem von der Kathode 3 eingeschlossenen Kathodenraum 3a beispielsweise Hydroxylionen (OH) und in dem die Anode 5 umgebenden Anodenraum 5a beispielsweise Protonen (H+) gebildet. Diese Ionen bilden zusammen mit den unerwünschten Ionen undissoziierte Moleküle aus. So ergeben zum Beispiel zwei CH- Ionen mit einem Ca++ Calciumion das feste Calziumhydroxid Ca(OH)2.

Der aus diesen festen Molekülen gebildete feine Schlamm 7 sinkt in den Absetzraum 8 ab. Durch die Ableitung des Flüssigkeitsstromes durch das oberhalb des Absetzraumes 8 angebrachte Rohr 9 kann der abgesunkene Schlamm 7 nicht aus dem Absetzraum 8 herausgespült werden.

Der abgesunkene Schlamm 7 kann durch Sperren des Absperrventils 10 und Öffnen des im unteren Boden des Absetzraumes 8 an das Gehäuse 4 angeflaschte Ablassventil 11 aus dem Absetzraum 8 in einen nicht dargestellten Behälter herausgeschwämmt und entsorgt werden.

Während der Regeneration der Ionenaustauschermembran kann die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber dem Flüssigkeitsstrom durch Absperren der Absperrventile 2, 10 gegenüber dem Flüssigkeitsstrom vollkommen abgeschlossen werden. Die zur Regenerierung eingesetzten Salze können anschließend durch das Ablassventil 11 aus dem Gehäuse 8 abgelassen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird von einem zylindrischen Gehäuse 4 gebildet, das im oberen Bereich einen elektrochemischen Ionenaustauscher umschließt und darunter einen Absetzraum 8 bildet. Der elektrochemische Ionenaustauscher setzt sich aus einer am Mantel des Gehäuse 4 anliegenden zylindrischen Kathode 3, einer in der Gehäuseachse liegenden, aus einem zylindrischen Stab gebildeten Anode 5 und einem ebenfalls zylindrischen und koaxial zur Gehäuseachse angeordneten, flüssigkeitsdurchlässigen Ionentauscher 6 zusammen, dessen Membran beispielsweise aus organischen Kunstharzen bestehen kann.

Der in dem elektrochemischen Prozeß gebildete feste Schlamm sinkt in den unter dem Ionenaustauscher liegenden durch den unteren Teil des Gehäuses gebildeten Absetzraum 8 ab.

Zur Ableitung der ebenfalls bei dem elektrochemischen Prozeß entstehenden Gase sind durch die Oberseite der Vorrichtung Leitungen 12 in den Anoden- 5a und Kathodenraum 3a des Ionentauschers geführt.

Claims

1. Vorrichtung zum elektrochemischen Entfernen von Kationen und Anionen aus Flüssigkeiten, die einen Ionenaustauscher enthält, dessen Membran (6) eine Raum (5a) umschließt und diesen von einem weiteren seitlichen Raum (3a) trennt, wobei in einem dieser Räume als Kathode (3) und in dem anderen als Anode (5) wirkende Elektroden angebracht sind, an die Spannung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Räume in einen Absetzraum (8) mündet, der das bei dem elektrochemischen Prozeß anfallende Material (7) aufnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Absetzraum (8) unter dem Ionentauscher befindet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionentauscher regenerierungsfähiges Material enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- (5) und Kathodenelektroden (3) konzentrisch angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden kugelförmig ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden sich zylindrisch und koaxial über eine bestimmte Länge erstrecken.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden spiralförmig um eine gemeinsame Achse verläuft.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden eine flüssigkeitsdurchlässige Struktur aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der Räume Leitungen (12) angebracht sind zur Ableitung der bei dem elektrochemischen Prozeß entstehenden Gase.

10. Verfahren zum elektrochemischen Entfernen und Absondern von Ionen aus Flüssigkeiten unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei dem elektrochemischen Prozeß ausfallende Material (7) in einem Absetzraum aufgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrochemische Prozeß und die Absonderung des ausfallenden Materials (7) im kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Regenerierung des Ionenaustauschers diskontinuierlich erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom während der Regenerierung des Ionenaustauschers unterbrochen ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Spannungsfeld zwischen den Elektroden radial ausbreitet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld durch ein magnetisches Feld überlagert wird.