DE4416973C2

DE4416973C2 - Reinigung von Schmutzwässern durch Elektroflotation

Info

Publication number: DE4416973C2
Application number: DE19944416973
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Ritter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2014-05-14
Also published as: DE4416973A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Reinigung von Schmutzwässern durch Elek troflotation, wobei Eisen- und/oder Aluminiumelektroden verwendet werden, von denen mindestens eine zum Ausflocken der Verunreinigungen als Opferanode geschaltet ist.

Die hierzu verwendeten, das Schmutzwasser aufnehmenden Behälter sind beim Stand der Technik stehend ausgeführt, was den Nachteil mit sich bringt, daß oberhalb des Behandlungsbehälters zum Herausziehen verbrauchter Elektroden oder zu deren Reinigung bzw. deren Montage ein entsprechend großer Platz- und Hubkraftbedarf besteht. Zum anderen entsteht durch die an den Elektroden aus tretenden Gasblasen eine erhebliche Schaummenge, die durch eine einem Über lauf nachgeschaltete, aufwendige Apparatur abgetrennt werden muß, siehe z. B. GB 21 17 798 A1 oder EP 0 469 582 A1 bzw. die DE 43 29 272 C1.

Die Problematik der Schaumbildung ist auch in dem DE 92 14 761 U1 angespro chen, wo darauf hingewiesen wird, daß durch den Schaum der Sauerstoffgehalt des Schmutzwassers übermäßig verringert wird und Abwasser daher z. B. nicht direkt in Kläranlagen abgegeben werden kann. Zur Lösung dieses Problems wird daher vorgeschlagen, zwischen den Elektroden einen mäanderförmigen Strö mungsverlauf zu erzeugen. Dazu müssen die Elektroden jedoch in einem allseits geschlossenen Gehäuse untergebracht werden, was ihre regelmäßig erforderliche Reinigung erschwert, der Aus- und Einbau ist zeitaufwendig.

Aus der WO 92/22503-A1 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei welchem Luft durch eine unterhalb der Elektroden angeordnete Manganerzschicht geblasen wird. Die Elektroden sind, wie auch in der GB 2117798 A stehend angeordnet. Das Problem der Schaumbildung ist nicht angesprochen.

Die stehende Anordnung der Elektroden ist insofern nachteilig, als oberhalb der Anlage genügend Raum zum Herausziehen vorhanden sein muß. Eine liegende Anordnung der Elektroden ist zwar bekannt, z. B. FR 1 038 869 A und das oben genannte DE 92 14 761 U1, dies setzt jedoch eine sorgfältige beidendige Abdich tung der Vorrichtung voraus, die den Zugang zu den Elektroden erschwert.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Elektroden so aus der Umhüllung herausgezogen wer den können, daß die Anlage auch in Gebäuden mit niedrigerer Deckenhöhe ein gesetzt werden kann, gleichzeitig soll der konstruktive Aufwand gering sein und zusätzlich die Schaumbildung wesentlich eingeschränkt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer die Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden Vorrichtung, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unter ansprüchen.

Durch die geneigt liegende Anordnung des Reaktors, der vorzugsweise als Rohr ausgeführt ist, ist es möglich, die Elektroden nach Entfernen des am Auslauf angeordneten Wehres etwa waagerecht aus dem Reaktor und mit geringem Kraftaufwand (auch von Hand) herauszuziehen, so daß die Vorrichtung auch in Räumen mit relativ niedriger Gebäudedecke untergebracht werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß der Reaktor das Schmutzwasser allseitig, d. h. auch oberhalb der Badoberfläche umgibt, so daß der Schaum in Folge der Reibung mit der Behälterwand auf dem Wege zum Überlaufwehr weit gehend zerstört wird, so daß davon verhältnismäßig geringe Mengen anfallen, die nicht eigens abgetrennt werden müssen und auch den anschließenden Filtervor gang zur Abtrennung ausgefällter Verunreinigungen nicht behindern.

Zur Erreichung des geforderten Reinigungseffektes für das zu behandelnde Schmutzwasser wird erfahrungsgemäß ein Eintrag elektrischer Ladung zwischen 0,25 Ah/l und 2,5 Ah/l benötigt. Diese Ladungsmenge kann bei einmaliger Passa ge des Wassers durch den Reaktor, wegen der begrenzten Elektrodenoberfläche und der aus Sicherheitsrücksichten limitierten Gleichstrom-Betriebsspannung, nicht vollständig übertragen werden.

Zum Erreichen des Reinigungseffektes wird daher eine Reaktionszeit von u. U. mehreren Stunden benötigt, während deren das Wasser fortwährend durch den Reaktor umgewälzt werden muß.

Beispielsweise beträgt die Mindest-Reaktionszeit für die Behandlung einer 700 l-Schmutzwassercharge mit einem benötigten spezifischen Ladungseintrag von 1,0 Ah/l und einer Elektrolyse-Stromstärke von 140 A: 5 Stunden.

Trotz der ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit im Elektrolysespalt zwischen den Elektroden, entsprechend einer Reynolds-Zahl oberhalb 2500, reicht die vorliegende Strömungsturbulenz zum Abtragen der sich an der Anodenoberfläche bildenden Oxidschicht nicht aus. Zur Aufrechterhaltung eines ungehinderten Stromüberganges zwischen Schmutzwasser und Anodenoberfläche muß daher der Oxidbelag von der Anodenoberfläche von Zeit zu Zeit durch mechanische Einwirkung (Kunststoffschaber) abgereinigt werden.

Der gelegentlich erforderliche Aus- und Einbau der Elektrodenschwerter wird dabei erfindungsgemäß dadurch erleichtert, daß diese im Reaktor beim Heraus ziehen oder Wiedereinsetzen gleiten.

Das Wehr kann in einfacher Weise aus einer auf den rohrartigen Reaktor aufzu steckenden, segmentartig ausgebildeten Kappe oder einer gegen das Rohrende abdichtenden Scheibe gebildet werden. Sämtliche nicht stromführenden Teile sind vorteilhaft aus Kunststoff (PVC) ausgeführt. Die elektrischen Anschlüsse können hierbei durch die Kappe oder die Scheibe hindurchgeführt sein.

Durch Hinzufügen des Auffangbeckens (mit einem Fassungsvermögen = dem des Schmutzwasser-Vorlagebehälters) zum Auffangen des behandelten Rohwassers und dessen taktweise Rückführung in den Schmutzwasserbehälter, wird die reak tionskinetisch vorteilhafte Charakteristik einer Rührkesselkaskade mit beliebig wählbarer Anzahl einzelner Reaktionsstufen ermöglicht.

Erleichtert wird dies durch Aufstellung beider Reaktor in zwei verschiedenen Ebe nen, wofür sich eine vorgefertigte Montagebühne, welche auf den Hallenfußboden aufgestellt wird, anbietet. Durch Aufstellung des Auffangbeckens in der oberen Ebene wird daher insgesamt keine wesentliche zusätzliche Grundfläche in der Werkhalle beansprucht.

Es wird vorgeschlagen, den Filter zur Abtrennung der Feststoffpartikel nach abge schlossener Wasserbehandlung unterhalb des rückwärtigen Endes des Reaktors vorzusehen, so daß dieser z. B. mit Hilfe von Zuleitung behandelten Wassers in den Reaktor, nach Öffnen eines hier angeordneten Verschlusses, auch gleichzei tig von Festkörpern die zwischen den Elektroden eine Brücke bilden könnten, frei gespült werden kann. Der rückwärtige Verschluß ist dabei in bevorzugter Weise ein aufblasbarer Balg, der im Reaktor in aufgeblasenem Zustand gegen die Innenwandungen anliegt.

Dem Auffangbecken kann in besonders vorteilhafter Weise kaskadenartig ein Vorlagebecken zugeschaltet sein, um derart die oben angesprochene Behand lungszeit bzw. Verweilzeit optimieren zu können.

In besonders bevorzugter Weise wird erfindungsgemäß das Wasser mit Hilfe einer druckluftbetriebenen Membranpumpe gefördert. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Abluft der Pumpe dem Reaktorboden zuzuleiten, um einmal abgesetzte oder absinkende Festkörper aufzurühren und somit im Umlauf zu halten, zum anderen ist damit aber auch der Vorteil verbunden, das an den Elektroden notwendiger weise auftretende Knallgas durch Verdünnung deutlich unter die Explosionsgren ze zu drücken. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung stört die Luftzuführung überraschenderweise nicht durch übermäßige Schaumbildung.

Sie weist dazu eine Leitung auf, die die Abluftseite der Pumpe mit dem Reaktor boden verbindet und die z. B. ein den Wasserrückfluß verhinderndes Ventil (Rückschlagklappe) aufweist. Dabei können rückgeleitetes Wasser und Abluft über ein gemeinsames Rohr dem unteren Reaktorende zugeführt werden. Das Rohr kann hierbei auch als Anschlag für die Elektroden bzw. deren Abstandhalter dienen.

Der Reaktor selbst kann ein das Wasserbad umfassendes geschlossenes Rohr sein, er kann jedoch auch einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die obere auf dem Bad aufliegende Fläche als verschließbarer Deckel ausgebildet sein kann, um derart einen leichten Zugang zu den Elektroden zu schaffen, um diese von außen periodisch reinigen zu können. Auch im Falle der rohrförmigen Ausbildung des Reaktors kann natürlich ein aufklappbarer oder abnehmbarer Deckel vorgesehen sein.

Die Elektroden können zu einem Paket zusammengefaßt und nach außen gegen die Reaktorwandung abgedichtet werden, so daß das zu reinigende Wasser aus schließlich zwischen den Elektroden geführt wird. Dazu kann seitlich mindestens ein aufblasbares Kissen zwischen einer äußeren Elektrode und der Reaktorwan dung angeordnet werden, das nach dem Aufblasen zur Reaktorwandung abge dichtet und im Falle der Verwendung nur eines Kissens das Elektrodenpaket gegen die gegenüberliegende Reaktorwandung andrückt. Zwischen den Elektro den befinden sich dabei Abstandshalter.

Die Abstützung der äußeren Elektroden kann auch durch von beiden Rohrenden einführbare Keile geschehen, wobei zwischen den Elektroden die Abstandshalter liegen.

Bei rohrförmiger Ausbildung des Reaktors drückt das Kissen die gegenüberlie gende äußere Elektrode gegen den Rohrmantel und dichtet über dessen obere und untere Längskante gegen den dahinterliegenden Hohlraum ab.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Reaktor.

In Fig. 1 ist der Reaktor 1 als Kunststoffrohr ausgebildet, das die im inneren angeordneten Elektroden umfaßt. Der Reaktor 1 ist geneigt angeordnet, das Auslaufende 2 liegt höher als das rückwärtige Reaktorende 4. Am Auslaufende 2 befindet sich ein Wehr 3, das rückwärtige Ende 4 ist mit einem Verschluß 5 abdichtbar, das bevorzugt als aufblasbares Kissen ausgeführt ist.

Unterhalb des Wehrs 3 ist ein Auffangbecken 6 angeordnet. Das Auffangbecken 6 ist zur Kreislaufführung des Schmutzwassers über das Schmutzwasser-Vorlage- Becken 9 mit dem Schmutzwassereinlaß 12 am unteren Reaktorbereich verbun den.

Unterhalb des rückwärtigen Reaktorendes befindet sich ein Filter 8 in dem ausge fällter Feststoff vom Klarwasser nach mehrfacher Kreislaufführung abgetrennt wird. Die Anordnung des Filters 8 unterhalb des rückwärtigen Reaktorendes 4 hat dabei den Vorteil, daß auch vom Reaktor ablaufendes Spülwasser zu dessen Reinigung direkt in den Filter 8 gegeben werden kann.

Dem Auffangbecken 6 ist ein Vorlagebecken 9 kaskadenartig nachgeschaltet, das ein gleiches Fassungsvermögen aufweist. Das zweite Becken 9 ist mit dem ersten Becken 6 über eine Leitung 14 verbunden, aus dem Vorlagebecken 9 wird das zu behandelnde Wasser über eine Leitung 15, eine druckluftbetriebene Membran pumpe 16 und die Leitung 17 mit Durchflußmesser 7 und Ventilen 22 dem Schmutzwassereinlaß 12 zugeführt.

Weiterhin sind Druckluftleitungen 18, 19, 20, 21 vorgesehen, die in das Filter becken 8 und das Vorlagebecken 9 eintauchen, um gewünschtenfalls den Inhalt in Turbulenz zu versetzen. Die Abluft der Pumpe 16 wird über die Abluftleitung 10 und einen Verteiler 23 unten in den Boden 11 des Reaktors 1 eingeblasen, um einmal auch hier Turbulenz zu erzeugen und Reaktorinhalt aufzurühren und zum anderen, um an den Elektroden (Fig. 2) entstehendes Knallgas zu verdünnen. Dabei kann folgende Berechnung zugrundegelegt werden.

Ein Elektrolyse-Strom von 140 A Stromstärke setzt stündlich 58,52 l (Normliter) Wasserstoff frei. Die untere Explosionsgrenze für Wasserstoff in Luft beträgt 4 Vol.-%, was einer 25fachen Verdünnung des Wasserstoffgases entspricht, die mit Rücksicht auf den gleichzeitig gebildeten Sauerstoff entsprechend zu erhöhen ist. Bei einem Sicherheitszuschlag von 25% werden demnach 1,25×25×58,52 = 1829 l (Normliter) Verdünnungsluft benötigt.

Eine Membranpumpe mit einer Förderleistung von 2500 l/h gegen 5 m Förder höhe, wie für die Anlage mit 140 A Elektrolyse-Strom vorgesehen, benötigt 2100 (Normliter)/h Druckluft (5 bar), was der 1,15fachen Menge zur Unterschreitung der unteren Explosionsgrenze entspricht; die Anlage ist damit ausgesprochen sicher.

Letztlich wird vorgesehen, aus dem Filterbecken 8 das Klarwasser über eine Lei tung 26 einem Sammelbecken 25 zuzuführen. Das Filterbecken 8 selbst kann eine eigene Rückführleitung 24 mit Dreiwegeventil 13 aufweisen, um auch über die Leitung 24 aus dem Vorlagebecken 9 filtrieren zu können.

Das Vorlagebecken 9 weist Füllstandsschalter 27, 28 auf, die die jeweilig benötig ten Ventile schalten.

Fig. 2 zeigt den Reaktor 1 im Schnitt mit einem eingeschobenen Paket aus 3 Elektroden 29, 29', 30 von denen beispielsweise die mittlere 30 als Opferanode geschaltet ist. Der Reaktor ist als Kunststoffrohr ausgeführt, der obere Bereich kann als Deckel ausgebildet sein. Zwischen den Elektroden 29, 30 befinden sich Abstandhalter 31, das Paket kann durch eine Verschraubung 32 - angedeutet als strichpunktierte Linien - zusammengefaßt sein.

Die Elektroden 29, 30 können gegen die seitlichen Hohlräume des rohrförmigen Reaktors 1 abgedichtet sein. Dazu kann ein seitliches, aufblasbares, sich etwa über die Länge der Elektroden erstreckendes Kissen 34 dienen, das die gegen überliegende Elektrode 29' an deren oberen und unteren Längskanten 35 gegen den Innenmantel 36 des Rohres drückt.

Um ein Klemmen der mittleren Elektrode 30 zu verhindern, besitzt diese gegen über dem Rohrdurchmesser ein gewisses Untermaß, wobei das Paket der Elek troden mittig zur Rohrlängsachse liegt.

In bevorzugter Weise können die Elektroden 29, 29', 30 im Reaktor 1 durch seit liche Keile 37 gegen den Innenmantel 36 abgestützt werden, wobei sich ebenfalls zwischen den Elektroden Abstandshalter 31 befinden. Anstelle des in der Fig. links gezeigten Kissens 34 ist daher ein zweiter Keil 37 vorzusehen. Vorteilhaft ist dabei, daß die Keile nach dem Einbringen der Elektroden von beiden Rohrenden eingeschoben werden können.

Bezugszeichenliste

1

Reaktor

2

oberes Auslaufende

3

Überlaufwehr

4

rückwärtiges Reaktorende

5

Verschluß

6

Auffangbecken

7

Durchflußmesser

8

Filter

9

Vorlagebecken

10

Leitung

11

Boden

12

Schmutzwassereinlaß

13

Dreiwegeventil

14

Leitung

15

Leitung

16

Membranpumpe

17

Leitung

18

Druckluftleitung

19

Druckluftleitung

20

Druckluftleitung

21

Druckluftleitung

22

Ventile

23

Verteiler

24

Rückführleitung

25

Sammelbecken

26

Leitung

27

Füllstandsschalter

28

Füllstandsschalter

29, 29'

Elektroden

30

Elektroden

31

Abstandshalter

32

Verschraubung

33

Hohlräume

34

Kissen

35

Längskanten

36

Innenmantel

37

Keile

Claims

1. Vorrichtung zum Reinigen von Schmutzwässern mit Hilfe von Eisen- und/oder Aluminiumelektroden, von denen mindestens eine als Opferanode geschaltet ist, wobei die Elektroden schwertartig ausgebildet und in engem Abstand parallel zueinander in einem Reaktor angeordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) der Reaktor (1) ist geneigt liegend angeordnet und umschließt das Schmutzwasser allseitig;
b) das obere Auslaufende (2) des Reaktors (1) ist mit einem Überlaufwehr (3) versehen, das gegenüberliegende Reaktorende (4) weist einen eige nen Verschluß (5) auf;
c) unterhalb des Wehres (3) befindet sich ein Auffangbecken (6), das über Leitungen (14, 15, 17) und eine Pumpe (16) mit dem rückwärtigen Ende (4) des Reaktors (1) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des rückwärtigen Endes (4) des Reaktors (1) ein Filter (8) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das rückwärtige Ende (4) abdichtende Verschluß (5) ein aufblasbarer Balg ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffangbecken (6) kaskadenartig mit einem Vorlagebecken (9) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) eine druckluftbetriebene Membranpumpe ist, deren Abluft über eine Leitung (10) an einen Verteiler (23) an der Reaktorunterseite anschließbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) ein mit einem Deckel verschließbarer, nach oben offener Trog ist, aus dem die Elektroden (29, 29', 30) nach oben herausnehmbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich an mindestens eine äußere Elektrode (29, 29') ein aufblasbares Kissen (34) an liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (29, 30) mit Hilfe von seitlichen, von beiden Rohrenden ein führbaren Keilen (37) gegen den Innenmantel (36) des Reaktors (1) abge stützt sind.