DK162700B - Fremgangsmaade til separering af emulsioner med kontinuert vandfase og apparat til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i

DK 162700 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til spaltning af olie-i-vand-emulsioner i en med jævnstrøm drevet elektrolysecelle samt et apparat til udøvelse af fremgangsmåden.

5 På grund af den tiltagende anvendelse af syntetiske produkter på mineraloliebasis, som kun vanskeligt kan nedbrydes biologisk, vokser belastningen af grund- og overfladevand med stoffer såsom benzin, dieselolie, fyrings-10 og smøreolie samt grasnsefladeaktive stoffer.

På grund af den tiltagende miljøbelastning har lovgiverne fastsat straf for udledning af disse skadelige stoffer i vand og vandløb over bestemte koncentrationer.

15

Makroemulsioner er flerfasesysterner med stor grænseflade og ikke-forsvindende grænsefladespænding, hvilket medfører disses instabilitet, idet disse emulsioner, for at opnå den i energimæssig henseende laveste tilstand, ud-20 viser tilbøjelighed til sedimentation eller viskositetsforøgelse og således til sidst til koagulation.

Mikroemulsioner er imidlertid isotrope, termodynamisk stabile systemer, hvis dispergerede fase foreligger i 25 form af partikler mindre end 2000 Å. Mikroemulsioner dannes spontant ved samvirkning af passende molforhold mellem peptiseringsmiddel, tensid, olie og vand.

Stabiliteten af emulsionerne forøges ved tilsætning af 30 emulgerende, grænsefladeaktive stoffer. Der er her tale om bipolare substanser, som nedsætter grænsefladespændingen mellem faserne.

Den samlede stabilitet af en emulsion bestemmes af summen 35 af de Van-der-Waal'ske tiltrækningskræfter og frastødningen mellem de som regel negativt opladede partikler, der i hovedsagen hidrører fra Coulomb-kræfter.

DK 162700 B

2

Koagulation og flokkulation kan foregå ved ophævning af partiklernes ladning, dvs. zeta-potentialet af de emulgerede partikler. Hvis partiklerne bevæger sig, f.eks på 5 grund af et pålagt elektrisk felt, afrives en del af det diffuse dobbeltlag, og når energibarrieren mellem to partikler er tilstrækkeligt lille, kan flokkuleringsproces-sen fremkaldes alene ved, at partiklerne nærmer sig hinanden.

10

For at opfylde de lovmæssigt fastsatte normer er det under alle omstændigheder nødvendigt at nedbryde olie/vand-emulsionerne for at undgå forurening af miljøet. Hertil kendes nogle tekniske løsninger, nemlig i hovedsagen: Ul-15 trafiltrering, iblanding af desemulgatorer, ultralydmeto der, kemikaliedosering, dialyse og elektrokoagulation.

Disse fremgangsmåder kræver imidlertid tildels store investeringer og store driftsomkostninger, og de er særligt 20 uøkonomiske ved behandling af mindre mængder højt belastet spildevand. En væsenlig opgave til grund for denne opfindelse går således ud på at tilvejebringe en prisbillig og maksimalt alsidigt anvendelig fremgangsmåde.

25 Andre tekniske adskillelsesmetoder til produktindvinding omfatter opberedning f.eks. af malme, kul, salte og spildevand, og her er en af de mest kendte fremgangsmåder flotation, der bygger på iagttagelser gjort af W. Haynes, jfr. GB patentskrift nr. 488 fra 1860. Denne flotation 30 anvendes inden for mange industrigrene også i form af elektroflotation, f.eks. ved udskillelse af sølv fra brugte fotobade.

Ved denne flotation dannes i vandige opløsninger hydrogen 35 og oxygen i form af små gasbobler ved elektrolyse af vandet. Disse gasbobler dannes altså i selve det medium, som skal underkastes adskillelse. Herved kan der tilveje- 3

DK 162700 B

bringes en betydelig forøgelse af adskillelsens effektivitet på grund af den samtidigt foregående koagulation af de i den vandige opløsning tilstedeværende faste stoffer.

5 Det er åbenbart, at der kunne tilvejebringes et betydeligt fremskridt ved spaltning af emulsioner af ovennævnte art, hvis man kunne anvende elektroflotation og elektrokoagu-lation sammen med elektrophoretiske effekter på disse systemer og spalte disse emulsioner på en bedre og mindre 10 energikrævende måde. Herved ville det også være muligt at anvende denne form for emulsionsspaltning ved fraskillelse af organismer fra næringsopløsninger, idet man tilsætter opløsningen de nødvendige kationer via den samtidigt tilsatte metalopløsning. Herved kunne man finde en fordelagtig 15 erstatning for den hidtil kendte fremgangsmåde, som omfatter centrifugering eller flotation ved indblæsning af luft med påfølgende emulsionsspaltning ved formindskelse af pH-værdien og derpå følgende tilsætning af kationer.

20 Ved de kendte fremgangsmåder til rensning af spildevand ved flotation dannes de nødvendige gasbobler, især luftbobler, ved hjælp af porøse lerlegemer, dyser, gastilførselsrør eller ved afspænding af luftmættet vand eller ved dannelse af bobler fra selve spildevandet ved elektroly-25 se. Før flotationen indledes en flokkulering ved tilsætning af flokkuleringsmidler og flokkuleringshjælpemidler til spildevandet.

Ved alle flotationsprocesser er flotationens effektivitet 30 i afgørende grad afhængig af gasboblernes volumen og antal. For store gasbobler og for stærk gastilførsel fører ikke til flotation af svævestofferne, men til en grundig gennemblanding af den suspension, som ønskes adskilt, dvs. til den modsatte virkning.

Med henblik på de ved oparbejdning af sådanne emulsioner og med emulgerede olier belastet spildevand optrædende og 35 4

DK 162700 B

med betydelige omkostninger forbundne vanskeligheder har der længe foreligget et ægte behov for at tilvejebringe en fremgangsmåde, som åbner mulighed for at spalte emulsioner af ovennævnte art uden store procesmæssige omkost-5 ninger og uden de hidtil iagttagne vanskeligheder, således at der også ved behandling af mindre mængder emulsioner og spildevand kan tilvejebringes en enkel og sikker forarbejdning og behandling, således at det ønskede resultat kan tilvejebringes på en ikke blot billigere, men 10 især også til de pågældende krav tilpasset måde.

Den til grund for opfindelsen liggende opgave går således ud på at tilvejebringe en fremgangsmåde til spaltning af emulsioner, som opfylder det ovenfor beskrevne behov, og 15 som kan gennemføres i et enkelt og driftssikkert emulsionsspaltningsanlæg, der ikke blot kan betjenes af fagfolk, men af enhver lægmand uden store driftsomkostninger.

20 Den til grund for opfindelsen liggende opgave løses ved den her omhandlede fremgangsmåde til elektrolytisk spaltning af olie/vand-emulsioner i en med jævnstrøm drevet elektrolysecelle, som er ejendommelig ved, at emulsionerne underkastes koagulering og flotation i en celle med 25 mindst én pakke af bestandige elektroder indeholdende én eller flere mellemstillede opløselige metalindlæg i et surt til alkalisk miljø op til pH-værdier på ca. 12 ved 3 et strømforbrug på 0,1 til 4 Ah/dm og en tilsvarende dertil afstemt tilstrækkelig opholdstid, idet eventuelt 30 dannede aggregater og agglomerater frafiltreres.

Denne fremgangsmåde kan gennemføres både kontinuerligt og diskontinuerligt, idet den kontinuerlige metode tilkommer særlig stor betydning.

Ved gennemførelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen har det vist sig fordelagtigt at gennemføre koaguleringen 35

DK 162700 B

5 og flotationen ved pH-værdier i området fra 4 til 6,8 samt fra 8 til 12 ved et strømforbrug fra 0,1 til 4 3

Ah/dm og en opholdstid på 5 til 120 minutter. Det har vist sig særligt fordelagtigt at gennemføre koagulationen 5 og flotationen i pH-området fra 6,8 til 8 ved en opholdstid fra 2 til 30 minutter og ved et strømforbrug fra 0,1 til 2 Ah/dm3.

Koagulationen og flotationen gemmenføres ifølge opfindel-10 sen i en celle, hvor der inde i pakken af bestandige elektroder er anbragt ét eller flere opløselige metalindlæg, der udviser mindst ét metal, der danner et hydroxid i alkalisk medium, især en aluminium- eller jernplade. Fladeforholdet mellem de bestandige elektroder og de 15 opløselige metalindlæg skal ifølge opfindelsen udgøre fra 1:0,1 til 1:60, især fra 1:1 til 1:20.

Ved gennemførelsen af den her omhandlede fremgangsmåde har det vist sig hensigtsmæssigt at arbejde med en tids-20 mæssig ændring af jævnstrøms ret ningen fra 5 til 3600 sekunder.

Den her omhandlede fremgangsmåde udviser den store fordel, at både koaguleringsmiddel og gas kan udskilles i en 25 nøjagtigt doseret mængde, således at størrelsen af gasboblerne kan varieres i vidt omfang via overfladebeskaffenheden af de bestandige elektroder samt via materialeegenskaberne .

30 Ifølge opfindelsen kan man som bestandige elektroder f.eks. anvende elektroder af grafit, platin, titan, pla-tiniseret titan eller ædelstål.

En anden stor fordel ved den her omhandlede fremgangsmåde 35 består i, at tilførslen af koaguleringsmidlet ikke kræver nogen ekstra energiindsats, og tilmed understøtter en bemærkelsesværdig elektrophoretisk virkning fremgangsmåden, 6

DK 162700 B

således at de koagulerede fedt- og oliepartikler ved adsorption til gasboblerne skummer op til overfladen af elektrolysecellen eller et andet samleorgan, og om ønsket kan der foretages en samtidig reduktion af f.eks. chrom, 5 som ofte kræves ved behandling af spildevand. Hvis spildevandet samtidig indeholder tensider, hvis tilstedeværelse i vandet er uønsket, kan der ved valg af elektro-overfladen tilvejebringes en skumflotation, således at der samtidig foretages fjernelse grænsefladeaktive stof-10 fer.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen, som viser et apparat til gennemførelse af den her omhandlede fremgangsmåde.

15

Dette apparat består i hovedsagen af en elektrokoagulator 1 og en elektroflotator 2 med en deri anbragt pakke 3 af bestandige elektroder 4 og 5 med mellemstillede metalindlæg 6. Elektrokoagulatoren 2 befinder sig i en reaktor 7 20 med et overløbssystem 8. Den med reaktoren 7 sammenbyggede elektrokoagulator 1 er vist i fig. 2 i et snit langs linien II-II i figur 1.

25 1 35

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til spaltning af emulsioner i en med 5 jævnstrøm drevet elektrolysecelle omfattende indledende elektrokoagulering, understøttende elektrophorese og påfølgende elektroflotation, kendetegnet ved, at emulsionerne underkastes koagulering og flotation i en celle (1, 2) med mindst én pakke (3) af bestandige elek-10 troder (4, 5) indeholdende én eller flere mellemstillede opløselige metalindlæg (6) i et surt til alkalisk miljø op til pH-værdier på ca. 12 ved et strømforbrug på 0,1 - 3

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som metalindlæg i elektrodepakken i det mindste anvendes et hydroxiddannende materiale, især en alu- 20 minium- eller jernplade.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at koaguleringen og flotationen gennemføres ved pH-værdier i intervallet fra 4 til 6,8 og 3 25 fra 8 til 12, ved et strømforbrug på 0,1 - 4 Ah/dm og en opholdstid på 2 - 360 minutter.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at koaguleringen og flotationen gen- 30 nemføres ved pH-værdier i intervallet fra 6,8 til 8, ved 3 et strømforbrug på 0,1 - 2 Ah/dm og en opholdstid på 2 -360 minutter.

4 Ah/dm og en tilsvarende dertil afstemt tilstrækkelig opholdstid, idet eventuelt dannede aggregater og agglome-15 rater frafiltreres.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1 - 4, kendeteg-35 net ved, at fladeforholdet mellem de bestandige elektroder og det opløselige metalindlæg udgør fra 1:0,1 til 1:60, især fra 1:1 til 1:20. DK 162700 B

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1 - 5, kendetegnet ved, at der arbejdes med en tidsmæssig ændring af jævnstrømsretningen på 5 - 3600 sekunder. 5

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1 - 6, kendetegnet ved, at man ved direkte indbygning af pakken af bestandige elektroder indeholdende opløselige metalindlæg i et klaringsanlæg, en olieudskiller eller et andet egnet 10 samleorgan arbejder med en opholdstid for emulsionen i samleorganet på 5 - 1800 minutter, fortrinsvis 15 - 360 minutter, og et forhold mellem de bestandige elektroders mod hinanden vendte elektrodeflader og væskeoverfladen i samleorganet på fra 1:1 til 1:60, fortrinsvis 1:2 til 15 1:20 især 1:10.

8. Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 -7, kendetegnet ved, at det hovedsageligt omfatter en elektrokoagulator (1) med integreret elektro- 20 flotator indeholdende en pakke (3) af bestandige elektroder (4) med mellemstillede metalindlæg (6).

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at elektrokoagulatoren (1) og elektroflotatoren (2) indehol- 25 dende elektropakken (3) er integreret i en reaktor (7) med et overløbssystem (8) og eventuelt et påfølgende filtersystem. 1 35 DK 162700 B

10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at det har en efter elektrolysecellen koblet hvilecelle. 5 10 15 20 25 30 35