DE4318628A1

DE4318628A1 - Verfahren zur Wasseraufbereitung

Info

Publication number: DE4318628A1
Application number: DE4318628A
Authority: DE
Inventors: Vitold Michailovic Bachir; Viktor Grigorievic Vedenkov; Boris Ivanovic Leonov; Vladimir Ibragimovi Prilutskij; Evgenij Anatolievic Repetin; Jurij Georgievic Zadoroznyj; Nikolai Nikolaevic Naida; Oleg Alekseevic Dr Maskov; Nugzar Vladislav Dzeiranisvili; Sergei Kronidovic Butin
Original assignee: N PROIZV OB EDINENIE EKRAN VNI
Current assignee: N PROIZV OB EDINENIE EKRAN VNI
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1993-12-09
Also published as: US5540819A; RU2064440C1; JP2882727B2; JPH06134465A; GB9311585D0; GB2267508A; GB2267508B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die elektrolytische Was seraufbereitung und betrifft insbesondere ein Verfahren zur elektrolytischen Trinkwasserreinigung von Mikroorga nismen organischen Schadstoffen und Schwermetallionen.

Am besten ist diese Erfindung für die Herstellung reinen Trinkwassers aus mit krankheitserregenden Mikroorganis men belastetem Süßwasser geeignet.

In den letzten Jahrzehnten führten das schnelle Bevölke rungswachstum und die stürmische Entwicklung der Indu strie zu einem unablässigen Anstieg des Wasserver brauches. Hinzu kommt, daß in dünnbesiedelten, zu er schließenden Regionen wie auch in Großstädten bei einer drastischen Verschlechterung der ökologischen Verhält nisse wie z. B. einer Frühjahrshochflut die Wasserquali tät heftig beeinträchtigt wird und nicht mehr die an Trinkwasser gestellten Forderungen erfüllt. Aus diesem Grunde wird die Reinigung von Süßwasser von Verunreini gungen erforderlich.

Es ist bereits ein Verfahren zur elektrolytischen Was seraufbereitung zwecks Verbesserung der Wassereigen schaften aus der US-PS 39 10 828 bekannt. Wasser wird hier in einer hydraulischen Einrichtung mit Abfluß und drei untereinander in Reihenschaltung verbundenen Dia phragmenzellen elektrochemisch behandelt. Dieses Verfah ren besteht darin, daß Wasser in dem Katodenraum des ersten Elektrolyseurs und dann in den Anodenräumen des zweiten und dritten Elektrolyseurs kontinuierlich aufbe reitet wird. Das nach diesem Verfahren behandelte Wasser enthält eine beachtliche Menge an Produkten der anodi schen Oxydation und ist voll keimfrei gemacht, es er füllt jedoch nicht die an das Trinkwasser gestellten Forderungen; das oben genannte Verfahren verlangt neben drei Diaphragmenzellen auch das Vorhandensein einer An ordnung, welche für eine synchrone Betriebsweise der Elektrolyseure verantwortlich ist, wodurch sich die praktische Durchführung des Verfahrens nennenswert er schwert.

Man kennt ein anderes Verfahren zur elektrolytischen Wasserreinigung aus dem UdSSR-Urheberschein 11 71 428, Bulletin Nr. 29, 1985, bei welchem Wasser durch einen ersten und zweiten Raum einer elektrolytischen Zelle fließt. Die letztere ist durch eine durchlässige Trenn wand in den ersten und zweiten Raum eingeteilt, in jedem von welchen eine Elektrode angeordnet ist, wobei die eine Elektrode als Anode und die andere als Katode dient. Man läßt durch das Wasser zwischen Anode und Ka tode einen Strom fließen. Das Wasser fließt kontinuier lich durch den Katoden- und Anodenraum, wobei das Wasser vor seiner Zuführung in den Anodenraum gefiltert wird. Aufgrund der vorgeschlagenen Reihenfolge des Wasser durchflusses sind im Wasser nach dessen Aufbereitung im Anodenraum Produkte der anodischen Oxydation wie z. B. HClO, ClO⁻ enthalten, die für den menschlichen Organismus giftig sind.

Der Erfindung wurde daher die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren zur Aufbereitung mit Mikroorganismen, or ganischen Schadstoffen und Schwermetallionen belasteten Wassers zu schaffen, bei dem dank einer vorbestimmten Reihenfolge des Wasserdurchflusses aus dem einen Raum einer elektrolytischen Zelle in den anderen und dank der Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Stromes im Raum zwischen den Elektroden sauberes Trinkwasser aus Süßwas ser gewinnbar ist.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst worden, daß bei dem Verfahren zur Wasseraufbereitung, beinhaltend: einen kontinuierlichen Wasserdurchfluß durch einen er sten und zweiten Raum einer elektrolytischen Zelle, wel che durch eine durchlässige Membran in den ersten und zweiten Raum eingeteilt ist, in jedem von welchen eine Elektrode vorgesehen ist, wobei die eine Elektrode als Anode und die andere als Katode dient, einen Stromdurch gang durch das Wasser zwischen Anode und Katode, eine Filtrierung des Wassers nach dessen Austritt aus dem Katodenraum und die Entfernung des aufbereiteten Was sers, erfindungsgemäß der Wasserdurchfluß aus dem Ano den- in den Katodenraum aufeinanderfolgend stattfindet, der durch das Wasser zwischen Anode und Katode fließende Strom ein Gleichstrom ist und seine Größe ausgehend von folgender Beziehung festgelegt wird:

I = K × (C)^1/4 × Q

Dabei bedeuten:
I Stromstärke in A,
C Mineralgehalt des Rohwassers 0,1 bis 1,5 g/l,
Q Wasserdurchsatz in l/h

Hierbei liegt das I/Q-Verhältnis in einem Bereich von ca. 110 bis ca. 220 C/l.

Bei dieser Durchführung des Verfahrens wird die Gewin nung eines sauberen Trinkwassers aus Mikroorganismen, schädliche organische Stoffe wie z. B. Phenole und Schwermetallionen wie Kupfer, Eisen und Blei enthalten dem Süßwasser gesichert. Die ausgewählte Reihenfolge des Durchflusses eines Wasserstromes aus dem Anoden- in den Katodenraum eines Elektrolyseurs liegt darin begründet, daß während des Wasserdurchflusses durch den Anodenraum Produkte der anodischen Oxydation wie beispielsweise HClO, ClO⁻ aus Salzen, die die natürliche Mineralisation eines beliebigen Süßwassers bewirken, anfallen und sich Ozon sowie Wasserstoff entwickeln, welche Mikroorganis men im Wasser abtöten, sowie organische Beimengungen wie z. B. Phenol

und Formaldehyd

HCHO + 2OH⁻ - 2e = H₂ + CO₂ + HO₂

unter Bildung für den Menschen nicht giftiger Stoffe wie u. a. Wasser, Kohlendioxid und Karbonsäure, die im menschlichen Organismus stets enthalten sind, oxydieren.

Die Abhängigkeit für den durch das Wasser zwischen Anode und Katode fließenden Strom wurde durch Versuche abge leitet. Anhand der Versuche stellte man fest, daß bei einem I/Q-Verhältnis von unter 110 C/l im gesamten Be reich des Mineralgehaltes C des Rohwassers sauberes Trinkwasser nicht gewonnen wird und daß bei einem I/Q- Verhältnis von über 220 C/l im gesamten Bereich des Mi neralgehaltes C von Rohwasser höhere Energieaufwände keine Verbesserung der Trinkwasserqualität mit sich bringen.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung wird besser anhand eines nachfolgenden konkreten Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung erläutert, in welcher eine hydraulische Einrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wasseraufbereitung schematisch darge stellt ist.

Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Süßwasser mit einem Gehalt an Mineralien von C = 0,8 g/l und an Mi kroorganismen wie z. B. Legionella Pneumophila von 8×10⁶ Einheiten/ml wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt, um daraus reines Trinkwasser in einer elek trolytischen Zelle, deren konstruktiver Aufbau ausführ lich beschrieben worden ist, zu gewinnen (Broschüre von Bachir W.M. und Sadoroshny Ju.G., "Elektrochemische Re aktoren PΠ∍", 4. Auflage Moskau, 1991). Das gereinigte, mittels einer Strichlinie "a" eingezeichnete Wasser wird durch eine Pumpe 1 mit einem Förderstrom von beispiels weise 20 l/h einer elektrolytischen Zelle 2 zugeführt. Diese ist durch eine durchlässige Trennwand 5 aus Kera mik, die aus einem Zirkonoxid besteht, in einen ersten Raum 3 und einen zweiten Raum 4 eingeteilt. Im Raum 3 befindet sich eine als Anode dienende Elektrode 6 und im Raum 4 eine als Katode dienende Elektrode 7. Das zu rei nigende Walser fließt kontinuierlich durch den Anoden raum 3 und den zweiten Katodenraum 4. Durch die Flüssig keit zwischen den Elektroden 6 und 7 läßt man einen elektrischen Gleichstrom fließen, dessen Wert ausgehend von der Abhängigkeit festgelegt wird:

I = K × (C)^1/4 × Q

Darin bedeuten:
I Stromstärke in A,
C Mineralgehalt des Rohwassers von 0,8 g/l,
Q Wasserdurchsatz von 20 l/h

Beim Fließen des gereinigten Wassers durch den Raum in mit Pfeil "a" markierter Richtung fallen Produkte der anodischen Oxydation wie z. B. HClO, ClO⁻ aus Salzen an, die die natürliche Mineralisation eines beliebigen Trinkwassers bewirken. Verbindungen von aktivem Chlor ClO⁻, HClO, Cl₂ und Ozon, Sauerstoff und freie Radikale Cl′′, O′′ und HO₂, die sich an der Anode 6 bilden, vernich ten Legionella Pneumophila und oxydieren organische Bei mengungen wie z. B. Phenole

und Formaldehyd

HCHO + 2OH⁻ - 2e = H₂ + CO₂ + HO₂

bei Bildung für den Menschen ungiftiger Stoffe. Dazu zählen Wasser, Kohlendioxid und Karbonsäure, die im Or ganismus des Menschen stets enthalten sind.

Das aus dem Anodenraum 3 ausfließende, von Mikroorganis men gereinigte Wasser, das mit einer Strichpunktlinie a₁ eingezeichnet ist, hat immer noch einen unangenehmen Chlorgeruch. Anschließend gelangt es in den Katodenraum 4, in dem an der Oberfläche der Elektrode 7 eine elek trolytische Reduktion und im Volumen des genannten Rau mes eine katalytische Reduktion einiger organischer Bei mengungen wie beispielsweise Aminoverbindungen, Nitryle, auf die deren hydrolytisches Spalten unter Bildung von Wasser und biologisch nicht aktiven Gasen folgt. Ionen von Schwermetallen wie Kupfer, Zink, Nickel, Blei, Quecksilber u. a. werden in neutrale Atome bzw. inaktive Hydroxide umgewandelt, die für den menschlichen Organis mus nicht toxisch sind, weil sie an biochemischen Reak tionen als Oxydationsmittel nicht beteiligt sind. Dank der Bildung von OH-Gruppen an der Elektrode 7 erhöht sich der pH-Wert des Wassers, was mit einem nennenswer ten Anstieg seines Gehaltes an Hypochloritionen einher geht, welche unmittelbar mit dem Stoff von Bakterienzel len zusammenwirken, so daß darin irreversible Änderungen eintreten, der Stoffwechsel in der Zelle gestört wird und Bakterien eingehen, wodurch ein hoher bakterizider Effekt der Ionen ClO⁻ erreicht wird.

Innerhalb des Katodenraumes 4 verändert sich das Redox potential des Wassers unter Erreichen eines Niveaus, das dem Wert des Redoxpotentials des menschlichen Organismus naheliegt. Als Folge hiervon erhöht sich seine Fähig keit, durch die Zellmembranen des menschlichen Organis mus einzudringen und sich an Vorgängen des Stoffwechsels des Menschen zu beteiligen.

Nach Verlassen des Katodenraumes 4 der Zelle 2 gelangt das mit einer Strich-Zweipunkte-Linie a₂ eingezeichnete Wasser ins Filter 8, das mit einer festen porigen koh lenstoffhaltigen Substanz wie z. B. Reingraphitgranalien gefüllt ist. An der Oberfläche der kohlenstoffhaltigen Substanz verläuft eine Reaktion der Zerstörung von akti vem Chlor:
2HClO + C = 2HCl + CO₂
2NaClO + C = 2NaCl + CO₂ Nach Ablauf dieser Reaktionen im Filter 8 weist das nach wie vor keimfreie Wasser keinen Chlorgeruch auf und wird nicht nur nützlich sondern auch angenehm. Es ist mit ei ner ausgezogenen Linie a₃ gezeigt.

Das vorgeschlagene Verfahren sorgt für die Gewinnung ei nes sauberen Trinkwassers aus für das Trinken untaugli chem Wasser mit unterschiedlichem Verschmutzungsgrad. Hierbei erreicht man die notwendige Tiefe der elektroly tischen Behandlung durch eine Änderung der aufgewendeten Elektrizitätsmenge. Für die meisten natürlichen Wasser typen gelten normalerweise Grenzwerte von 110 bis 220 C/l.

Das erfindungsgemäße Verfahren sichert die Reinigung von Wasser mit einem Gehalt an verunreinigenden Salzen zwi schen 0,1 und 1,5 g/l sowie bei Belastung mit Mikroorga nismen wie z. B. Salmonellen, Darmbakterien, Pseudomonom Polyviren, Legionella Pneumophila mit einer Konzentra tion von 10⁶ bis 10⁷ Einheiten pro ml, wobei die Qualität des Trinkwassers erreicht wird.

Claims

Verfahren zur Wasseraufbereitung, bei dem ein kontinu ierlicher Wasserdurchfluß durch einen ersten (3) und einen zweiten Raum (4) einer elektrolytischen Zelle (2) stattfindet, die durch eine durchlässige Membran (5) in den ersten (3) und den zweiten Raum (4) eingeteilt ist, in jedem von welchen eine Elektrode vorgesehen ist, wo bei die eine Elektrode als Anode und die andere Elektro de als Katode dient, ein elektrischer Strom durch das Wasser zwischen Anode (6) und Katode (7) fließt, das Wasser nach Entfernung aus dem Katodenraum (4) gefiltert und das aufbereitete Wasser entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche Wasser durchfluß aus dem Anoden- (3) in den Katodenraum (4) stattfindet, der durch das Wasser zwischen Anode (6) und Katode (7) fließende elektrische Strom ein Gleichstrom ist und seine Größe ausgehend von folgender Abhängigkeit festgelegt wird: I = K × (C)^1/4 × QDabei bedeuten:
I Stromstärke in A,
C Mineralgehalt des Rohwassers 0,1 bis 1,5 g/l,
Q Wasserdurchsatz in l/h und daß das I/Q-Verhältnis in einem Bereich von ca. 110 bis ca. 220 C/l liegt.