DE883888C

DE883888C - Process for the elimination of solid substances or colloids from liquids by means of an electric current

Info

Publication number: DE883888C
Application number: DEM270A
Authority: DE
Inventors: Karl Ebner
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1949-10-28
Filing date: 1949-10-29
Publication date: 1953-07-23

Description

Verfahren zur Ausscheidung fester Stoffe oder von Kolloiden aus Flüssigkeiten mittels elektrischen Stromes Die Abwässer der meisten chemischen Betriebe sind stark verunreinigt. Deshalb ist eine Klärung dieser Abwässer teils aus hygienischen, teils aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich. In vielen Fällen wird es als störend empfunden, daß auch im Gebrauchswasser technischer Betriebe, welches z. B. aus Flüssen oder anderen Gewässern entnommen wird, Schmutz-Schlamm-Tonteilchen, Metalloxyde, Hydroxyde od. dgl. enthalten sind. Auch -die Abwässer der Zechen führen vielfach starke Verunreinigungen, z. B. in Form von Kohlenschlamm, "@ufbereitungsschlämmen od. dgl., mit sich.Process for the excretion of solids or colloids from liquids by means of electric current The wastewater of most chemical plants is strong contaminated. Therefore, a clarification of this wastewater is partly hygienic, partly required for economic reasons. In many cases it is found to be bothersome felt that even in service water technical companies, which z. B. from rivers or other bodies of water, dirt-mud-clay particles, metal oxides, Hydroxides or the like. Are included. Also, the waste water from the mines often leads strong impurities, e.g. B. in the form of coal sludge, "@ treatment sludge or the like, with itself.

Die Beseitigung dieser Verunreinigungen, die z. B. in kolloidaler und kristalliner Form vorliegen können, ist daher ein vordringliches Problem, das jedoch mit den in der Industrie zur Zeit bekannten Klär- und Filtervorichtungen kaum gelöst «erden kann, da diese wirtschaftlich nicht tragbar sind.The elimination of these contaminants, e.g. B. in colloidal and may be in crystalline form, is therefore a pressing problem that but with the clarification and filtering devices currently known in the industry can hardly be solved «because these are not economically viable.

Außer den mechanisch arbeitenden Filtervorrichtungen ist das Ausklären unreiner Wässer mit Hilfe eines elektrischen Feldes bekannt. Hierbei wird die Flüssigkeit in ein elektrisches Feld gebracht, wobei die Verunreinigungen je nach ihrer elektrischen Aufladung in der Flüssigkeit entweder zur Kathode oder zur Anode wandern. Da jedoch diese unter dem Namen Elektrophorese bekannte Klärung selbst bei zusätzlicher Verwendung von Fällungsmitteln (Patentschriften -29d. 957 und 278 369) äul';erst langsam vor sich geht, wurde in der Industrie hiervon fast kein Gebrauch gemacht.In addition to the mechanically operating filter devices, there is clearing impure water known with the help of an electric field. This is where the liquid placed in an electric field, the impurities depending on their electric Charge in the liquid migrate either to the cathode or to the anode. However, since this clarification, known as electrophoresis, even with additional use of precipitants (patents -29d. 957 and 278 369) äul '; only slowly advance almost no use has been made of this in industry.

Bei den Verunreinigungen der Wässer handelt es sich um Zerteilungen von grob-dispersen bis molekular -dispersen Mischungen. Die festen Teilchen besitzen in den meisten Fällen eine positive oder negative Aufladung bzw. erhalten diese in Folge ihrer Bewegungen im flüssigen Mittel oder durch Adsorption von Ionen. Haben diese Teilchen untereinander gleichen Ladungssinn, so können sie, ausgenommen grob-disperse Systeme, nur ausgeschieden werden durch zwangsläufige Bewegung in einem elektrischen Feld oder aber durch Zugabe von Fällungsmitteln, die elektrisch entgegengesetzt geladen sind.The impurities in the water are fragmentations from coarse-disperse to molecular -dispersed mixtures. The firm ones In most cases, particles have a positive or negative charge or charge. receive these as a result of their movements in the liquid medium or through adsorption of ions. If these particles have the same sense of charge, they can except for coarse-dispersed systems, only eliminated by inevitable Movement in an electric field or by adding precipitants, which are electrically oppositely charged.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Ausscheidung in kurzer Zeit, z. B. von wenigen Minuten, dadurch zu bewerkstelligen, daß' unter Zuhilfenahme eines elektrischen Feldes bei gleichzeitiger Anwesenheit feinster Gasblächen eine Ausscheidung bzw. Ausflockung stattfindet mit gleichzeitigem Transport dieser Teilchen entweder an die Flüssigkeitsoberfläche oder in manchen Fällen auch zum Boden des Gefäßes.The invention is based on the idea that the excretion in a short Time, e.g. B. from a few minutes to accomplish that 'with the help an electric field with the simultaneous presence of the finest gas surfaces Excretion or flocculation takes place with simultaneous transport of these particles either to the surface of the liquid or, in some cases, to the bottom of the Vessel.

Die Flüssigkeit wird zu diesem Z%veck beispielsweise durch einen Behälter geleitet, an dessen Boden sich zweckmäßig die Kathode befindet, während die Anode an der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet sein kann. Die Anwendung einer Stromstärke von z bis 15 Amp./dm2 Elektrodenfläche genügt in den meisten Fällen, um in etwa 2 bis 1o Minuten die Verunreinigungen auszuflocken und in Folge einer vorzugsweise durch elektrolytische Zersetzung hervorgerufenen Gasblasenbildung an der Kathode den Transport der Flocken an die Oberfläche zu bewirken. Der letzte Effekt wird im wesentlichen durch die Gasblasen hervorgerufen, da nicht wie bei der Elektrophorese die Verunreinigungen getrennt nach ihrem Ladungssinn wandern, sondern ausschließlich nach der Richtung gefördert werden, lvelche die Gasblasen innehaben.The liquid is at this point, for example, through a container passed, at the bottom of which the cathode is conveniently located, while the anode can be arranged on the surface of the liquid. The application of an amperage from z to 15 Amp./dm2 of electrode area is sufficient in most cases to approximately 2 to 10 minutes to flocculate the impurities and preferably one in a row Gas bubble formation on the cathode caused by electrolytic decomposition to bring about the transport of the flakes to the surface. The final effect will be essentially caused by the gas bubbles, since not like in electrophoresis the impurities migrate separately according to their sense of charge, but exclusively are conveyed according to the direction in which the gas bubbles are present.

Die Anordnung der Anode an der Oberfläche der Flüssigkeit und der Kathode am Boden des Flüssigkeitsbehälters bedingt je nach dem Grad der Leitfähigkeit der behandelten Flüssigkeit eine mehr oder weniger hohe Stromspannung. Die Stromspannung kann auf ein Minimum herabgesetzt werden, wenn die Elektroden in einem Abstand von nur etwa 1 cm und darunter beispielsweise am Boden des Klärgefäßes angeordnet werden. Der Effekt der Ausklärung ist derselbe. Es ist jedoch zweckmäßig, die Elektroden als gelochte Platten oder Gitterelektroden anzuwenden, damit die Gasblasen in feiner Verteilung hindurchtreten und voll zur Auswirkung kommen können. Zweckmäßig ist es ferner, die Elektroden so zu bemessen, daß sie sich über den ganzen Querschnitt des Klärbehälter erstrecken. Dadurch werden unerwünschte Flüssigkeitszirkulationen innerhalb des Behälters, die die Schlammabscheidung stören könnten, unterbunden.The arrangement of the anode on the surface of the liquid and the Cathode at the bottom of the liquid container conditionally depending on the degree of conductivity the treated liquid has a more or less high voltage. The voltage can be minimized when the electrodes are at a distance of only about 1 cm and below, for example at the bottom of the clarifier. The effect of the clarification is the same. However, it is useful to use the electrodes to use as perforated plates or grid electrodes, so that the gas bubbles in finer Distribution and can come to full effect. Is expedient it also to dimension the electrodes so that they extend over the entire cross-section of the septic tank extend. This will cause unwanted fluid circulation inside the container, which could interfere with the sludge separation.

Die Stromstärke, die bei der Ausflockung und Abscheidung der festen Stoffe aus den zu klärenden Flüssigkeiten erfindungsgemäß angewendet wird, richtet sich nach der Art der zu behandelnden Flüssigkeiten und kann in ziemlich weiten Grenzen differieren. Die optimale Stromstärke läßt sich jedoch in allen Fällen leicht durch Versuch ermitteln. Bei zu geringer Stromstärke flocken nämlich die Verunreinigungen als sehr feine Teilchen aus, die von den Gasbläschen schlecht oder gar nicht transportiert werden. Durch schrittweise zunehmende Erhöhung der Stromstärke U& sich dann bald ein Zustand ermitteln, bei dem die ausgeflockten Teilchen eine zweckmäßige Größe haben, so daß sie von den Gasbläschen schnell mitgenommen werden. Auch bei zu hoher Stromstärke kann die Ausklärung schlechter werden. Die Größe der ausgeflockten Teilchen übersteigt dann ein günstigstes Höchstmaß. Der Transport zu großer Teilchen in der Flüssigkeit wird nämlich schlechter; durch schrittweise Herabsetzung -der Stromstärke kann man aber auch von der Seite der Ausflockung zu großer Teilchen leicht zur optimalen Teilchengröße gelangen. Durch Beobachtung der Teilchengröße und der Abscheidungsgeschwindigkeit der ausgeflockten Teilchen läßt sich also stets die Stromstärke schnell und mit wenig Vorversuchen auf ein Optimum einregulieren.The strength of the current used in the flocculation and separation of the solid Substances from the liquids to be clarified is applied according to the invention, aligns depending on the type of fluids to be treated and can vary in quite a wide range Borders differ. However, the optimal amperage can easily be found in all cases determine by experiment. If the current is too low, the impurities will flocculate as very fine particles that are poorly or not at all transported by the gas bubbles will. Then by gradually increasing the amperage U & yourself soon find a condition in which the flocculated particles are an expedient Have a size so that they are quickly carried away by the gas bubbles. Also at Excessive amperage can make the clarification worse. The size of the flaked Particles then exceed a most favorable maximum. The transport of too large particles it gets worse in the liquid; by gradually reducing the The strength of the current can also be measured from the side of the flocculation of particles that are too large easily get to the optimal particle size. By observing the particle size and the rate of deposition of the flocculated particles can therefore always be Adjust the current strength quickly and with a few preliminary tests to an optimum.

In ähnlicher Weise kann die Zeit, während der elektrischer Strom angewendet wird, eine Rolle spielen. Auch bei zu langer Behandlungszeit kann nämlich die Größe der ausgeflockten Teilchen ein optimales Maß übersteigen. Die günstigste Behandlungszeit läßt sich indessen ebenfalls leicht und schnell durch Versuche ermitteln. Sie liegt im allgemeinen etwa zwischen 1 und 2 Minuten. Zur Ermittlung optimaler Behandlungszeiten genügen wenige Versuche, die z. B. mit einer Zeitdauer von 1, 1l/4, 11/z und 13/4 Minuten durchgeführt werden. Die Beobachtung der Größe der ausgeflockten Teilchen ergibt hier sehr schnell einen sicheren Anhaltspunkt für die Wahl der zweckmä-ßIgsten Behandlungsdauer.Similarly, the time during which electric current is applied will play a role. Even if the treatment time is too long, the size of the flocculated particles exceed an optimal level. The cheapest treatment time can, however, also be determined quickly and easily through experiments. she lies generally between about 1 and 2 minutes. To determine the optimal treatment times A few attempts are sufficient, the z. B. with a duration of 1, 1l / 4, 11 / z and 13/4 Minutes. Observing the size of the flocculated particles quickly provides a reliable guide for choosing the most appropriate Duration of treatment.

Insbesondere wenn viskose Flüssigkeiten auszuklären sind oder bei schwierigeren Arten von Schlämmen, z. B. solchen hoch disperser :Tatur, kann die Ausflockung schwieriger werden. Es findet nach dem neuen Verfahren auch in diesen und ähnlichen Fällen eine starke Ausflockung statt, die Flocken selbst bleiben jedoch mehr oder weniger lange in Schwebe. Die Ursache scheint darin zu liegen, daß' die an der Kathode entwickelten Gasblasen nicht in genügend feiner Form gebildet werden, sondern in sichtbar weit gröberer Form. Diese großen Gasblasen stoßen zu schnell durch die Flüssigkeit und haften nicht an den Zusammenballungen der Verunreinigungen. In diesen Fällen kann aber, wie weiter gefunden wurde, nach der Ausflockung der Schlammteilchen noch einige Minuten mit Strom von wesentlich geringerer Stromstärke, die vorteilhaft nur o,5 bis 5 % der zuerst angewendeten, beispielsweise von o,2 Amp./dm2 Kathodenfläche oder darunter beträgt, die Flüssigkeit nachbehandelt werden, um feinste Gasblasen zu bilden, die dann sofort den Transport der ausgeflockten Teilchen an die Oberfläche der Flüssigkeit bewerkstelligen. Auch hier lassen sich die optimale Behandlungsdauer und die günstigste Stromstärke leicht durch Versuche ermitteln. Folgendes Beispiel diene zur weiteren Erläuterung dieses Teiles der Erfindung. Kieseritwaschwasser, beim Herauslösen des Chlornatriums aus den Rückständen der Kalisalzverarbeitungentsteht, und das etwa 26o g Natriumchlorid im Liter enthält und außerdem durch Schlammteilchen verunreinigt ist, wird beispielsweise erfindungsgemäß' so behandelt, daß die Lösung in einem Gefäß mit einem OOuerschnitt von ioo X 145 mm und 6oo mm Höhe 1,5 Minuten lang mit einem Strom von 2o Amp. und anschließend noch io Minuten mit einem Strom von o,i Amp. behandelt wird. Dadurch wird die Flüssigkeit vollkommen geklärt, in der Art, daß nur noch an der Oberfläche eine schwarze Schlammschicht von ungefähr 8 mm Höhe vorhanden ist, die leicht entfernt, z. B. abgeschöpft oder abgestrichen werden kann. Der Abstand der Elektroden voneinander betrug 5 mm, die Spannung 3 Volt. Die Elektroden hatten knapp die Größe des Gefäßquerschnittes. Bei größeren Elektrodenabständen wird die Spannung des angewendeten Stromes entsprechend erhöht, z. B. auf 3o bis q0 Volt bei etwa 6o cm Elektrodenabstand.Particularly when viscous liquids are to be clarified or with more difficult types of sludge, e.g. B. such highly dispersed: Tatur, the flocculation can be more difficult. According to the new process, there is also strong flocculation in these and similar cases, but the flakes themselves remain in suspension for a longer or shorter period of time. The cause seems to be that the gas bubbles developed at the cathode are not formed in a sufficiently fine form, but in a visibly much coarser form. These large gas bubbles penetrate the liquid too quickly and do not adhere to the clusters of impurities. In these cases, however, as was further found, after the flocculation of the sludge particles, a few minutes with a current of a much lower current strength, which is advantageously only 0.5 to 5% of the first applied, for example 0.2 Amp./dm2 cathode area or below that, the liquid is post-treated in order to form extremely fine gas bubbles, which then immediately bring about the transport of the flocculated particles to the surface of the liquid. Here, too, the optimal duration of treatment and the most favorable current intensity can easily be determined through experiments. The following example serves to further explain this part of the invention. Kieserite washing water, which arises when the sodium chloride is dissolved out of the residues of the potassium salt processing, and which contains about 26o g of sodium chloride per liter and is also contaminated by sludge particles, is treated according to the invention, for example, in such a way that the solution is in a vessel with a cross section of 100 X 145 mm and 6oo mm high for 1.5 minutes with a current of 20 Amp. And then treated with a current of 0.1 Amp. For a further 10 minutes. This clears the liquid completely, in such a way that only a black layer of sludge about 8 mm high is left on the surface, which is easily removed, e.g. B. can be skimmed off or wiped off. The electrodes were spaced 5 mm apart and the voltage 3 volts. The electrodes were just about the size of the cross-section of the vessel. With larger electrode spacings, the voltage of the applied current is increased accordingly, e.g. B. to 3o to q0 volts with about 6o cm electrode spacing.

Verwendet wurden gelochte Elektroden, die Kathode befand sich am Boden des Gefäßes, darüber lag die Anode in dem oben angegebenen Abstand von 5 mm.Perforated electrodes were used, the cathode was on the floor of the vessel, over which the anode lay at the distance of 5 mm given above.

Im allgemeinen können auch viskose Flüssigkeiten bei normaler Temperatur behandelt werden. Bei höherer Viskosität kann es zweckmäßig sein, die Flüssigkeit vor der erfindungsgemäßen Behandlung oder während derselben anzuwärmen, was z. B. durch an sich bekannte Gegenstromwärmeaustauschapparate leicht bewirkt werden kann.In general, viscous liquids can also be used at normal temperature be treated. If the viscosity is higher, it may be useful to add the liquid to warm before the treatment according to the invention or during the same, which z. B. can easily be effected by countercurrent heat exchange apparatuses known per se.

Sofern Abfallsalze zur Verfügung stehen, empfiehlt es sich, der zu klärenden Flüssigkeit eine zweckmäßig meist sehr geringe Menge Salz zur Erhöhung der Leitfähigkeit beizugeben. Es kann hierdurch die erforderliche Spannung zwischen den Elektroden erheblich verringert werden, so daß;. eine Stromersparnis erreicht werden kann.If waste salts are available, it is advisable to use the clarifying liquid an expedient usually very small amount of salt to increase to be added to the conductivity. This allows the required tension between the electrodes are significantly reduced, so that ;. a power saving achieved can be.

Das Ausklären kann auch so durchgeführt werden, daG insbesondere beim kontinuierlichen Arbeiten die Verunreinigungen durch Strombehandlung zuerst ausgeflockt werden und daß danach durch Luft oder andere geeignete Gase, die zum Zwecke feinster Gasblasenbildung durch eine am Boden des Klärgefäßes angeordnete Verteileinrichtung, z. B. Tonzelle oder feinst gelochte Metallplatte od. dgl., eingeleitet werden, die Verunreinigungen an die Oberfläche der Flüssigkeit transportiert werden.The clarification can also be carried out in such a way that especially with Continuous work flocculates the impurities first through electricity treatment and that afterwards by air or other suitable gases, the finest for the purpose Formation of gas bubbles through a distribution device arranged at the bottom of the clarifier, z. B. clay cell or finely perforated metal plate. The like., Are initiated that Impurities are transported to the surface of the liquid.

Die durch die erfindungsgemäße Strombehandlung erhaltenen Flocken lassen sich auch durch ein magnetisches Feld beeinflussen, so daß, also in gewissem Sinn die Anlegung eines magnetischen Feldes den Flockentransport beschleunigen kann, was insbesondere bei der Klärung molekulardisperser Zerteilungen zweckmäßig sein kann.The flakes obtained by the current treatment according to the invention can also be influenced by a magnetic field, so that, in other words, to a certain extent Sense the application of a magnetic field can accelerate the flake transport, which is particularly useful in the clarification of molecularly disperse fragments can.

Claims

PATEN TA N SPR L 1 CHE i. A method for the elimination of solid substances that are dispersed in liquids from the liquids by means of an electric current, characterized in that: the substances are used in a clarifier with a cathode suitably arranged at the bottom and a current of about 1 to 1 5 Amp./dm22 Brings flocculation and they at the same time and or or then through gas bubbles that z. B. caused by electrical decomposition at the cathode, transported to the surface of the liquid.

2. The method according to claim i, characterized characterized in that the anode at a small distance from z. B. 2 to 0.5 cm or less is arranged above the cathode, expediently at the bottom of the clarifier.

3. Procedure according to claim i and 2, characterized in that in the case of viscous liquids or Saline solutions an aftertreatment with about a hundredth to twentieth part of the Amperage of the first treatment takes place.

4 .. The method according to claim i to 3, characterized in that the electrodes, in particular the anode, provided they are arranged at the bottom of the clarifier, made of perforated I-laterial or as a grid or wire electrodes or the like. Are formed.

5. The method according to claim i to .4, characterized in that for better _Iusflockung the liquid before their Treatment is heated and that it gets its heat after settling through heat exchangers releases to the liquid to be clarified.

6. The method according to claim i to 5, characterized in that that to support the clarification process air or gas bubbles in the finest distribution via a filter or d-1. Distributing devices passed into the liquid to be clarified will.

7. The method according to claim i to 6, characterized in that for acceleration During the clarification process, a magnetic field is applied to the clarifier.