FI74692B

FI74692B - Foerfarande och anordning foer elektrokemisk behandling av avloppsvatten.

Info

Publication number: FI74692B
Application number: FI830788A
Authority: FI
Inventors: Gennady Sergeevich Zenin; Semen Alexandrovich Bogatykh; Alexandr Alexandrovic Daniljuk; Raisa Alexeevna Sokolskaya; Vladimir Petrovich Ivlev; Vladimir Ivanovich Lysenko
Original assignee: Le T I Kholodilnoi Prom
Priority date: 1982-09-07
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1987-11-30
Also published as: SE8301801D0; DE3312241A1; SE455193B; FI830788L; FI74692C; SE8301801L; JPS637118B2; JPS5949892A; SU1535839A1; FI830788A0; DE3312241C2

Description

74692

Menetelmä ja laite jäteveden sähkökemiallista käsittelyä varten

Esillä oleva keksintö kohdistuu ympäristötekniikkaan ja tarkemmin sanottuna menetelmään ja laitteeseen 5 merivettä sisältävän ja vaihtelevan suolapitoisuuden sisältävän jäteveden käsittelemiseksi sähkökemiallisesti.

Elävän luonnon saastuminen on nykyisin eräs tärkeimmistä vaikeuksista kautta koko maailman ja veden saastuminen jätevesien vaikutuksesta on erikoisella sijalla 10 elinympäristön saastumisessa. Merenkulun jatkuva, erittäin voimakas kasvu on aiheuttanut äkillisen kasvun merenkulun aiheuttamaan osuuteen valtameriin johdettujen jätevesien kokonaismäärästä. Tästä syystä useimmat valtiot ovat ryhtyneet toimenpiteisiin jäteveden käsittelylait-15 teillä varustamattomien alusten kulun estämiseksi aluevesillään ja sisämaan vesistöissä.

Suunniteltaessa jäteveden käsittelyjärjestelmiä aluksille on erikoista huomiota kiinnitettävä käsittelyn luotettavuuden parantamiseen. Tämä aiheutuu siitä, että 20 nykyiset sähkökemialliset menetelmät jäteveden käsittelemiseksi muodostuvat jäteveden käsittelystä koaguloi-villa aineilla, joita muodostuu metallin sähkökemiallisessa liuottamisessa ja ovat ne laajimmin levinneet. Kuitenkin näiden koaguloivien aineiden todellinen käyttö 25 on lukuisista syistä vaikeaa. Eräs niistä on suolasaostu-mien muodostuminen elektrodeille. Nämä suolasaostumat aiheuttavat elektrodien resistanssin kasvua, mikä aiheit-taa sähkövirran vähenemisen elektrodien lävitse (passi-vointi) ja johtaa elektrodien välisessä tilassa muodostu-30 neiden koaguloivien aineiden pitoisuuden alenemiseen ja niiden siirtymisen vähenemiseen käsiteltävään jäteveteen, mikä vaikuttaa lopuksi haitallisesti käsittelyn tehokkuuteen. Lisäksi vielä suolasaostumat tukkeavat elektrodien välisen tilan siinä määrin, että käsiteltävän nesteen 35 virtaus pysähtyy elektrodien välissä, minkä tuloksena 2 74692 jäteveden käsittelyprosessi keskeytyy. Tämä on erikoisen tunnusomaista merenkulun olosuhteissa, jos lääketieteellisiä laitteita pestään aluksessa merisuolaa sisältävässä merivedessä, jonka pitoisuus vaihtelee laajalti ja riip-5 puu aluksen sijainnista. Täten eräs tehtävä merenkulun aiheuttaman jäteveden käsittelyn luotettavuuden parantamiseksi on suolasaostumien muodostumisen estäminen elektrodeille.

Alalla tunnetaan ennestään menetelmä ja laitteisto 10 jäteveden käsittelemiseksi, jotka on esitetty esitteessä "Author's Certificate of the USSR No. 739,004, Int. Cl^ C02F 1/46 ja jotka muodostuvat siitä, että merivettä sisältävää jätevettä käsitellään elektrolyyttisen dia-fragmakennon katodiosastossa ja magnesiumpitoista nes-15 tettä johdetaan anodiosastosta katodiosastoon.

Tämä menetelmä sallii ylimääräisen suolan saostu-misen eston elektrodille, mutta lukuiset tekijät tekevät mahdottomaksi merivettä sisältävän jäteveden käsittelyn suorittamisen riittävän tehokkaasti, mitkä tekijät ovat 20 seuraavat: - laskeuman toistuva käsittely anodiosastossa syöttämällä lisää magnesiumpitoista nestettä katodiosastoon aiheuttaa magnesiumionien pitoisuuden kasvun käsiteltävässä jätevedessä ja liuoksen kyllästyessä tämä aiheuttaa magnesium- 25 suolojen saostumisen ja puhdistetun jäteveden likaantumisen näiden suolojen vaikutuksesta, mikä varmuudella heikentää käsittelyn tehokkuutta; - käsiteltäessä jätevettä pelkästään elektrolyyttisen kennon katodiosastossa, tehokulutus on verrattain suuri, 30 koska puolta kulutetusta sähkötehosta ei käytetä suoraan jäteveden käsittelyyn vaan magnesiumpitoisen saostuman liuottamiseen; - kun saostumaa käsitellään elektrolyyttisen kennon anodiosastossa, täytyy anodialueen tukkeutumisen estämiseksi 35 saostuman vaikutuksesta sen tilavuuden olla suuren, minkä 3 74692 tuloksena anodin ja katodin välisen etäisyyden täytyy olla verrattain suuren ja jännite elektrolyyttisen dia-fragmakennon ylitse kasvaa suureksi elektrolyytin ohmisen häviön vuoksi, mikä vuorostaan aiheuttaa tehokulu-5 tuksen kasvun jäteveden käsittelyyn; - magnesiumpitoisen saostuman poistaminen vaatii lisä-säiliöitä, mikä merkittävästi suurentaa jäteveden käsittelylaitoksen kokoa ja jyskytyksen, keinumisen ja aluksen värähtelyjen vuoksi menetelmän tehokkuus heikkenee 10 huomattavasti.

Kehittyneempi menetelmä ja laitteisto jäteveden käsittelemiseksi on esitetty US-patentissa 4 188 278, 2

Int. Cl C02B 1/82. Tämä menetelmä nesteiden käsittelemiseksi käsittää nesteen johtamisen elektrolyyttisen kennon 15 lävitse muuttuvan potentiaalin omaavan alueen kautta ja tämän muuttuvan potentiaalin suuntaa muutetaan, jolloin kiihdyttävät ja hidastavat voimat vaikuttavat nesteeseen pitkin sen kulkutietä muodostaen tällöin tehokkaan pyör-teisyyden nesteen yksittäisten kerrosten väliin. Tätä 20 menetelmää käytetään laitteessa, joka käsittää kaksi pää-elektrodia ja useita lisäelektrodeja, jotka on sijoitettu pääelektrodien väliin, jokainen pääelektrodi muodostuu useista sähköisesti kytketyistä tangoista sijoitettuina yhteen tasoon, jokainen lisäelektrodi muodostuu sähköi-25 sesti eristetyistä tangoista, jolloin pääelektrodit muodostavat muuttuvan potentiaalin omaavan alueen väliinsä ja neste virtaa tämän muuttuvan potentiaalin omaavan alueen lävitse ja kaasukuplat poistetaan elektrodeilta ultraäänilaitteen avulla.

30 Tässä menetelmässä käytetyn laitteen tehokulutus on myös verrattain suuri ultraäänivärähtelijästä johtuen, jota käytetään suolan saostumisen estämiseksi elektrodien katodipinnoille.

Lisäksi sijoitettaessa elektrodit poikittain nesteen 35 virtaussuunnan suhteen kuitumaiset epäpuhtaudet voivat kiin- 4 74692 nittyä elektrodeille ja on mahdotonta poistaa niitä ultraäänen avulla, koska kuitumaisten epäpuhtauksien ja käsiteltävän nesteen tiheydet ovat samat ja voimakkaat pyörteiset alueet elektrodien takana tuhoavat koaguloi-5 tuneen lian kasaumat, mikä häiritsee kolloidisen lian koaguloitumistapahtumaa ja joka lopuksi heikentää jäteveden käsittelyn tehokkuutta. Tämän lisäksi jäteveden pyörrevirtaus aiheuttaa nesteen elektrodirajakerrosten voimakkaan sekoittumisen, mikä alentaa näiden kerrosten, 10 pH-arvoa, minkä tuloksena suolaa saostuu elektrodien pinnalle. Seula, jota käytetään nesteen virtauksen muuttamiseksi virtaviivaiseksi monimutkaistaa tässä menetelmässä käytettävää laitteistoa ja heikentää sen luotettavuutta seulan tukkeutumisen vuoksi ja elektrodien kiinnittäminen 15 altaan seiniin vaatii eristävien välikappaleiden asentamisen tai altaan seinien rakentamisen eristävästä materiaalista, mikä huomattavasti monimutkaistaa elektrolyyttisen kennon rakennetta.

Menetelmä nesteiden käsittelemiseksi, jossa käyte-20 tään laitetta, joka on esitetty esitteessä "Author's

Certificate of the USSR No, 912,664, Int.Cl3 C02F 1/46, on huomattavasti tehokkaampi kuin edellämainittu. Siinä käytetään jäteveden syöttämistä elektrolyyttisen dia-fragmakennon anodi- ja katodiosastoihin liukenemattomia 25 elektrodeja käyttäen. Katodiosastossa jätevesi tehdään sähkökemiallisesti alkaliseksi ja anodiosastossa se tehdään happameksi, minkä jälkeen hapan anolyytti johdetaan sähköiseen koagulointilaitteeseen, jossa kromi pelkistetään kaksiarvoisten rautaionien avulla, joita muodostuu 30 sähköisen koagulointilaitteen liukenevan rauta-anodin liuetessa. Sähköisestä koagulointilaitteesta saatu anolyytti johdetaan vaahdotuskennoon, johon syötetään myös alkalista katolyyttiä, jota poistetaan elektrolyyttisen diafragmakennon katodiosastosta ja sitten suoritetaan 35 nestemäisen ja kiinteän faasin erotus vaahdotuskennossa 5 ja suodattimena. 74692

Vaikka tämä menetelmä on verrattain tehokas, on se epätäydellinen riittämättömän luotettavuuden vuoksi, koska jäteveden suolaisuuden vaihdellessa, mitä ei voida välttää 5 meriolosuhteissa, muuttuu myös elektrolyyttisen diafrag-makennon elektrodien lävitse kulkevan sähkövirran voimakkuus, mikä vuorostaan aiheuttaa muutoksia elektrolyyttisen kennon poiston pH-arvoon ja elektrolyyttisen kennon elektrodien liukenemisnopeuteen. Tämän tuloksena koagu-10 loivan aineen pitoisuus käsiteltävässä jätevedessä vaih-telee ja magnesiumionien sisältyessä jäteveteen saostuu elektrodeja tukkivaa magnesiumhydroksidia elektrolyyttisen diafragmakennon katodialueelle, mistä syystä on myös mahdotonta saada merijäteveden käsittely riittävän tehok-15 kaaksi, Lisäksi tällaista merijäteveden käsittelyjärjestelmää käytettäessä on käytännössä mahdotonta poistaa magnesiumhydroksidi liukenemattomien elektrodien pinnalta vaihtamalla napaisuus, koska vaihdettaessa napaisuus sähköiseen koagulointilaitteeseen syötetään alkalisesti 20 reagoivaa jätevettä ja liukenevien rautaelektrodien passivoituminen sekä elektrodien mekaaninen puhdistus vaatii joko monimutkaisen laitteen käyttöä tai laitoksen toiminnan ajoittaista keskeyttämistä elektrodien puhdistusta tai korvaamista varten.

25 Alalla tunnetaan myös menetelmä ja laitteisto nes teiden käsittelemiseksi, mitkä on esitetty esitteessä "Author's Certificate of the USSR No. 874 653, Int. Cl.^ C02F 1/46". Tässä menetelmässä käytetään koagulointilai-tetta, jossa käytetään käsiteltävän nesteen syöttämistä 30 liukenemattomien elektrodien anodialueelle, josta se virtaa liukenevien elektrodien anodialueelle. Liukenevien elektrodien anodialueelta käsiteltävä neste virtaa liukenevien elektrodien katodialueeseen. Liukenemattomien elektrodien katodialueelta poistuu puhdistettua vettä.

35 Tämän laittteen toimiessa käsitellään jätevettä 6 74692 johtamalla sähkövirtaa sekä liukenemattomien että liukenevien elektrodien lävitse. Tässä tapauksessa elektrodien välisessä tilassa muodostuneen koaguloivan aineen pitoisuus riippuu veden suolaisuudesta ja vaihtelee se suolai-5 suuden vaihdellessa liuoksen sähkönjohtokyvyn muutoksen mukaan ja siten elektrodien kautta kulkevan sähkövirran muutoksien mukaan.

Koska sähkövirta johdetaan liukenevien elektrodien kautta suoraan teholähteestä ja koaguloivan aineen pitoi-10 suus elektrodien välisessä tilassa vaihtelee, liukenevien elektrodien materiaalikulutus käsiteltäessä jätevettä, jonka merisuolapitoisuus on suuri, on erittäin suuri.

Lisäksi koska nestevirtaus suunnataan anodialueelta katodialueelle, muodostuu saostuma liukenevan katodin 15 pinnalle, koska anodilla muodostuneet vetyionit liuottavat metallihydroksidia liukenevan anodin pinnalla ja liukenevan elektrodin anodialueelta syötettyjen vetyionien pitoisuus liukenevalla katodilla muodostuneen metallihydroksidin liuottamiseksi vuorovaikutuksen ansiosta metallin kanssa 20 (kuten alumiinin (veden kanssa), jolla ei ole suojaavaa oksidikalvoa katodisen polarisaation aikana), on riittämätön .

Lisäksi liukenemattomalla katodilla muodostuneet hydroksyyli-ionit siirtyvät kehittyneiden vetykuplien 25 vaikutuksesta liukenevan katodin pinnalle ja siten pH-arvo katodin pinnalla on riittämätön liukenevan metalliyhdisteen, esimerkiksi alumiiniyhdisteiden, muodostamiseksi.

Käsiteltävän jäteveden virtaussuunta anodialueelta katodialueeseen estää magnesiumhydroksidin, joka on myös 30 hyvä koaguloiva aine, muodostumisen katodialueella, koska jätevesi, jonka reaktio on neutraali laitoksen tulossa, muuttuu happamaksi anodilla ja sitten alkaaliseksi katodialueella alkuperäisen nesteen pH-arvoon, koska magnesiumhydroksidin muodostuminen on mahdollista vain suuremmilla kuin 8,9 olevilla pH-arvoilla. Lisäksi jos tällaista vir-35 tausjärjestelmää käytetään yhdessä suuren lukumäärän kanssa elektrodipareja, tulee laitteen rakenne monimutkaisemmaksi, 7 74692 koska vaaditaan mutkitteleva suuntaus käsiteltäviin neste-virtoihin.

Edelleen koska liukenemattomien ja liukenevien elektrodien välinen etäisyys on suuri yhdessä käsiteltävän 5 jäteveden, meriveden pienen pitoisuuden kanssa, liukenemattomien elektrodien kentän vaikutus liukeneviin elektro-deihin on riittämätön eikä vaikuta koaguloivan aineen määrään, mikä saadaan liukenemattomien elektrodien välisessä tilassa.

10 Esillä olevan keksinnön pääkohteena on vaihtelevan suolapitoisuuden omaavaa merivettä sisältävän jäteveden käsittelyn suorittaminen sähkökemiallisen menetelmän avulla, jolloin liukenevien elektrodien potentiaali siirretään aktiiviselle alueelle.

15 Tämän pääkohteen mukaan saadaan menetelmä merivettä sisältävän jäteveden sähkökemialliseksi käsittelemiseksi, jossa menetelmässä tuotetaan koaguloivaa ainetta liukenemattomien ja liukenevien elektrodien väliin ja johdetaan jätevettä erillisinä virtauksina elektrolyyttisen kennon 20 anodialueelle ja katodialueelle, jolloin keksinnön mukaisesti koaguloivaa ainetta tuotetaan sähkövirtaelimillä, jotka kulkevat liukenevista elektrodeista eristettynä olevien liukenemattomien elektrodien läpi, jolloin sähkövirran ja A* h jäteveden virtausnopeuden suhde on vähintään 0,01 * ---, 25 ja sekoitetaan erillisinä käsittelyt virtaukset keskenään.

Tämän keksinnön tekijät ovat kokeellisesti havainneet, että tämän suunnittelun vaikutuksesta, koska sähkövirta kulkee vain liukenemattomien elektrodien lävitse, jotka on sähköisesti eristetty liukenevista elektrodeista, sähkö-30 virtaa kulutetaan ja se vuotaa nestevirtauksen suunnassa liukenemattomilta elektrodeilta liukeneville elektrodeille, jolloin liukenevien elektrodien potentiaalit siirtyvät niiden aktiiviselle liuotusalueelle ja tämän tuloksena liukenevat elektrodit, erikoisesti alumiinielektrodit, liukene-35 vat.

74692 Tämä menetelmä antaa mahdollisuuden käsitellä vaih-televan suolapitoisuuden omaavaa merivettä sisältävää jätevettä. Jos riittämättömän määrän merisuol^a sisältävää jätevettä johdetaan elektrolyyttisen diafragmakennon 5 lävitse, käsiteltävän jäteveden sähkönjohtokyky on pieni. Tässä tapauksessa, kun sähkövirta kulkee liukenemattomien elektrodien lävitse, jäteveden häviökapasiteetti kasvaa, minkä tuloksena liukenemattomien elektrodien kentän vaikutus liukeneviin elektrodeihin kasvaa myös. Liukenevien elek-10 trodien potentiaali siirtyy suuressa määrässä aktiiviselle elektrodien liukenemisalueelle, jolloin saavutetaan liukenevien elektrodien suurempi liukenemisnopeus ja käsiteltävässä nesteessä liukenevien metalli-ionien pitoisuus kasvaa, jotka koaguloivat kolloidista likaa 15 jätevedessä. Jäteveden pienen suolapitoisuuden vuoksi on magnesiumionipitoisuus myös pieni ja siten verrattain pieni määrä magnesiumhydroksidia muodostuu liukenemattomien elektrodien väliseen tilaan. Jos johdetaan suuren meri-suolapitoisuuden omaavaa jätevettä, käsiteltävän nesteen 20 häiriökyky alenee ja liukenemattomien elektrodien, joiden kautta sähkövirta johdetaan liukeneville elektrodeille, kentän vaikutus heikkenee. Liukenevien elektrodien potentiaalin siirto on pienempi ja siten liukenevat elektrodit tuskin liukenevat, Koaguloiva aine tässä tapauksessa 25 on elektrolyysin kuluessa muodostunut magnesiumhydroksi-di, kun jätevesi muuttuu alkaliseksi liukenemattomien elektrodien katodialueella.

Kokeellisesti on myös havaittu, että sähkövirran ja käsiteltävän jäteveden virtausnopeuden suhde, joka on 30 vähintään 0,01 · on riittävä liukenevien elektrodien potentiaalin siirtämiseksi niiden aktiiviselle liukenemisalueelle, jolloin on mahdollista ylläpitää koaguloivan aineen kokonaispitoisuus vakiona elektrodien välisessä tilassa .

35 Jos käsiteltävän jäteveden suolapitoisuus vaihtelee, 9 74692 liuenneen alumiinin määrä riippuu jäteveden suolaisuudesta, se kasvaa jäteveden suolapitoisuuden ollessa pienen ja vähenee suolapitoisuuden kasvaessa ja koaguloivan aineen kokonaispitoisuus on vakio, joten on mahdollista saavuttaa 5 itsesäätö jäteveden käsittelyprosessiin ja saavuttaa 2-4 kertainen pieneneminen alumiinielektrodien kulumiseen.

Koska käsiteltävä jätevesi virtaa ensin liukenemattomien elektrodien ja sitten liukenevien elektrodien välitse, muuttuu se ensin happamaksi ja sitten alkaaliseksi 10 lähellä liukenemattomia elektrodeja, jolloin alumiini- elektrodien sähkökemiallisen liukenemisen aikana muodostuu liukenevia tuotteita, s.o. alumiini- ja aluminaatti-ioneja, mistä syystäsualasaostuminen liukeneville elektrodeille estyy.

15 On edullista syöttää stabiloimatonta tasavirtaa liu kenemattomille elektrodeille.

Stabiloimattoman tasavirran käyttö antaa mahdollisuuden liukenevien elektrodien potentiaalien tehokkaamman siirron saavuttamiseen niiden aktiiviselle liukoisuusalu-2Q eelle verrattuna stabiloidulla virralla samalla virran-voimakkuudella saavutettavaan.

On edullista menetelmää sovellettaessa pitää pH-arvo anodialueella alueella 2-3,5 ja katodialueella välillä 10,5 - 12,5.

25 Käytettäessä tätä menetelmää näissä olosuhteissa saavutetaan jäteveden sisältämien patogeenisten mikro-organismien täydellinen muuttaminen tehottomiksi, koska seu-raavien reaktioiden: 2H90 + 2e = H + 20H~ (katodi) 30 1 z H20 - 2 e = 2H + 1/2 02 (anodi) mukaan muodostuneen alkalin ja hapon vaikutuksesta patogeeniset mikro-organismit elektrolyyttisen kennon katodi- ja anodialueilla tuhotaan.

10 74692

Sekoitettaessa katodi- ja anodialueilta saadut käsitellyt poistot keskenään, neutraloituu jätevesi seuraavien reaktioiden mukaan: 5 21^0 + 2e = + 20H” (katodi) - 2e = 2H+ + 1/2 (anodi) Tähän keksinnön pääkohteeseen liittyen käytetään laitetta esitetyn menetelmän soveltamiseksi, joka laite käsit-10 tää elektrolyyttisen kennon anodialueelle ja katodialueelle, jolloin keksinnön mukaan jokaisessa elektrodiparissa liukenematon elektrodi on erotettu liukenevasta elektrodista di-elektrisen erottimen avulla, jolloin erottimen ääriviivat vastaavat liukenemattoman elektrodin päätypintaa ja jolloin 15 elektrodiparit on sijoitettu vuorotellen anodi- ja katodi-alueisiin ja liukenevien ja liukenemattomien elektrodien pituuksien suhde on korkeintaan 1:2.

Elektrodien sijainti peräkkäin antaa parhaat olosuhteet elektrodien toiminnalle, koska jäteveden virtaus pit-20 kin elektrodien pintoja muodostaa optimaaliset olosuhteet liukenemattomien elektrodien, joiden lävitse sähkövirta kulkee, muodostamaan sähkökentän vaikutukselle liukeneviin elektrodeihin, joiden lävitse sähkövirta ei kulje.

Liukenemattomien ja liukenevien elektrodien väliin 25 sijoitettu dielektrinen erotin estää niiden välisen kosketuksen ja liukenemattomien elektrodien potentiaalin siirtymisen liukeneville elektrodeille, mikä vuorostaan antaa mahdollisuuden estää liukenevien elektrodien passivoituminen ja vähentää niiden kulumista käsiteltävän jäteveden suu-30 rilla suolapitoisuuksilla. Dielektrisen erottimen käyttö, jonka ääriviivat vastaavat liukenemattoman elektrodin ulkoreunaa ja joka sijaitsee liukenevaa elektrodia kohden, aiheuttaa liukenemattomien elektrodien suurimman tehon muodostumisen liukenemattomiin elektrodeihin. Lisäksi käytet-35 täessä dielektrisen erottimen tätä rakennetta käsiteltävän 11 74692 jäteveden elektrodirajakerrokset eivät sekoitu käsiteltävän nesteen muun osan kanssa, mikä estää suolasaostumien muodostumisen liukenevien elektrodien pinnoille.

Sähkövirran kulkiessa liukenemattomien elektrodien 5 lävitse taphatuu pH-arvon suurin muutos elektrodien läheisyydessä ja on erittäin tärkeää, että nestevirtauksella elektrodien raja-alueella ei ole aikaa sekoittua käsiteltävän nesteen muun osan kanssa, jolloin saavutetaan suuri alkalisuus ja happamuus liukenevien elektrodien raja-alueel-10 le, mikä estää liukenemattomien suolasaostumien muodostumisen liukenevien, erikoisesti alumiinisten, elektrodien liukenemisen aikana.

Sijoitettaessa yksi pari elektrodeja, mukaanluettuna liukenematon ja liukeneva elektrodi dielektrisen erottimen 15 erottamista anodialueeseen ja toinen pari samalaisia elektrodeja katodialueeseen saavutetaan elektrolyysin liukenevien tuotteiden muodostuminen elektrolyysikennon sekä katodi-että anodialueisiin ja käsiteltävä neste kulkee yhdensuuntaisina virtauksina.

20 Lisäksi liukenemattomien elektrodien napaisuuden vaih to estää mangesiumhydroksidin muodostumisen niiden pinnoille ja aiheuttaa liukenevien elektrodien lisäaktivoitumisen. Korkeintaan 1:2 oleva liukoisen ja liukenematotman elektrodin pituuksien välinen suhde siirtää liukenevien elektrodien 25 jännitteiden siirtymisen niiden aktiiviselle liukoisuus- alueelle liukoisten elektrodien koko korkeudelta, koska jokaisella suhteella liukenemattoman elektrodin lävitse kulkeva virran muodostamat kenttäviivat eivät saavuta liukoisen elektrodin etäisimpiä osia.

30 On edullista valmistaa liukoisen elektrodin paksuus suuremmaksi kuin liukenemattoman elektrodin.

Liukoisten elektrodien tällainen rakenne antaa mahdollisuuden parantaa liukenemattomien elektrodien, joiden lävitse sähkövirta kulkee, sähkökentän vaikutusta liukoisiin 35 elektrodeihin, joiden lävitse sähkövirta ei kulje ja suuren- 12 74 69 2 taa siten liukoisten elektrodien potentiaalien siirtymistä niiden aktiiviselle liukoisuusalueelle ja mitä suurempi on liukoisten elektrodien paksuus, sitä suurempi on liukenemattomien elektrodien sähkökentän vaikutus niihin.

5 On edullista valmistaa liukenemattomat elektrodit si ten, että liukenemattomien elektrodien liukoisia elektrodeja kohti olevien päiden poikkileikkauspinta-ala pienenee symmetrisesti elektrodin akselin suhteen.

Liukenemattomien elektrodien tämä rakenne antaa mah-10 dollisuuden parantaa liukenevien elektrodien, joiden lävitse sähkövirtaa johdetaan, sähkökentän vaikutusta, koska tässä tapauksessa kenttäviivat jokaisesta kohdasta, myös liukenemattoman elektrodin yläpinnan vinoista tasoista, ovat kohtisuorassa liukenevan elektrodin pintaa vastaan ja ovat 15 tehokkaita huomattavan korkeuteen.

On edullista muodostaa elektrolyyttisen kennon diafrag-ma siten, että se ulottuu väintäin 5 mm liukoisen elektrodin päätypintojen taakse.

Diafragman tämän rakenteen erikoinen ominaisuus perus-20 tuu siihen, että käytettäessä laitetta pienen merisuolapi-toisuuden omaavan jäteveden käsittelyyn, alumiinia, jota muodostuu liukenevien, erikoisesti alumiinielektrodien liuetessa pH-arvolla 8 ja sen yläpuolella sekä pH-arvolle 4 ja sen alapuolella, on läsnä käsiteltävässä jätevedessä liuen-25 neena ja muodostaa se hydroksigeelin vain, kun anolyytti ja katolyytti sekoitetaan keskenään. Diafragman tämä rakenne estää hydroksidin muodostumisen liukenevien elektrodien yläreunoihin ja edistää sen muodostumista liukenevista elektrodeista erillään olevaan nesteeseen, mikä estää saos-30 tuman muodostumisen liukeneville elektrodeille ja antaa mahdollisuuden käsitellä vaihtelevan suolapitoisuuden omaavaa merivettä sisältävää jätevettä.

On edullista valmistaa dielektrinen erotin erillisistä levyistä.

13 74692

Valmistettaessa dielektrinen erotin erillisistä levyistä on mahdollista saavuttaa haluttu vaikutus, s.o. liukenemattoman ja liukenevan elektrodin erottaminen toisistaan ja parantaa sähkökentän vaikutusta liukeneviin elektrodei-5 hin, jolloin säästetään eristemateriaalia.

Esillä olevan keksinnön tarkka luonne ja sen edut ilmenevät selvemmin seuraavien toteutusten tarkastelusta mu-kaanliitettyihin piirroksiin viitaten, joista kuva 1 esittää alumiinielektrodin anodipolarisaatio-10 käyrää merisuolaliuoksessa; kuva 2 esittää graafisesti nestemäärän pH-arvoa riippuvaisena elektrodin pinnanetäisyydestä diafragmaan? kuva 3 esittää graafisesti liukenemattomien elektrodien lävitse kulkevaa sähkön tilavuusmäärää verrattuna kä-15 siteltävän jäteveden sisältämän meriveden pitoisuuteen koaguloivan aineen pitoisuuden siinä ollessa vakion; kuva 4 esittää graafisesti nesteen pH-arvoa happames-sa ja alkalisessa väliaineessa nesteen virtausnopeuden funktiona; 20 kuva 5 esittää kaaviollisesti poikkileikkausta ehdo tetusta laitteesta, jossa käytetään keksinnönmukaista meriveden sähkökemiallista käsittelymenetelmää; kuva 6 esittää ehdotetun laitteen toista toteutusta; kuva 7 esittää vielä seuraavaa ehdotetun laitteen 25 toteutusta; kuva 8 esittää edelleen ehdotetun laitteen seuraavaa toteutusta; kuva 9 esittää edelleen ehdotetun laitteen seuraavaa toteutusta ja 30 kuva 10 esittää graafisesti liukenevien elektrodien jännitteiden siirtymistä riippuvaisena niiden etäisyydestä liukenemattomista elektrodeista.

Ehdotettua menetelmää käytetään seuraavasti. Käsiteltävää jätevettä johdetaan liukenemattomien, erikoisesti gra-35 fiittisten elektrodien ja liukenevien, erikoisesti alumii- 14 74692 nisten elektrodien välisiin tiloihin grafiittielektrodeja pitkin. Samanaikaisesti grafiittielektrodien lävitse stabiloitua ja stabiloimatonta tasavirtaa (tasamatta aaltoi-suutta tasasuuntauksen jälkeen).

5 Sähkövirran kulkiessa tapahtuu katodi- ja anodilalueil- la veden elektrolyysi, mikä etenee seuraavien reaktioiden mukaan: 2H20 + 2e = H2 + 20H~ (katodilla) (1) 10 H20 - 2e = 2H++ 1/2 C>2 (anodilla) (2)

Reaktion (1) ja (2) vaikutuksesta muodostuneen alkalin ja hapon vaikutuksesta patogeeniset mikro-organismit elektrolyyttisen kennon anodi- ja katodialueilla tuhoutuvat ja 15 jätevesi desinfioituu.

Jäteveden neutralointi tapahtuu, kun katodi- ja anodi-alueilta saadut poistot sekoitetaan keskenään seuraavien reaktioiden mukaan: 20 2H20 + 2e = H2 + 20H~ (katodi) H20 - 2e = 2H++ 1/2 02 (anodi) 3H20 = h2 + 1/2 02 + 2H20 Sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhde sääde-25 tään käsiteltävän jäteveden suolaisuuden mukaan siten, että suolaisuuden vaihdellessa koaguloivien aineiden, s.o. alumiinin ja magnesiumhydroksidin, väkevyydet liukenemattomien ja liukenevien elektrodien välisissä tiloissa säilyvät vakioina. Jos laivojen saniteettilaitteissa käytetään merivet-30 tä, meriveden pitoisuus käsiteltäväksi syötetyssä jätevedessä voi vaihdella aluksen sijainnista riippuen arvosta 0,1 g/1 joissa arvoon 35 g/1 valtamerillä.

Käsiteltäessä pienen suolapitoisuuden omaavaa jätevettä, liukenemattomien elektrodien muodostama kenttä siir-35 tää liukenevien elektrodien jännitteen niiden aktiiviselle is 74 6 92 liukoisuusalueelle, jolloin anodialueelle sijoitettujen liukenevien elektrodien jännite siirtyy negatiiviseen suuntaan ja katodialueelle sijoitettujen liukenevien elektrodien jännite siirtyy positiiviseen suuntaan.

5 Taulukossa 1 on esitetty vastaavaisuus liukenevien elektrodien jännitteiden ja liukenemattomien elektrodien lävitse johdetun sähkön tilavuusmäärän välillä, kun merisuo-lan pitoisuus käsiteltävässä jätevedessä on 0,2 g/1.

Taulukko 1 10 Sähkövirran ja jäte- ^ Ah/1 0,02 0,03 0,033 0,04 veden virtausnopeu- ^ den suhde,

Anodipotentiaali, Ja V -1,2 -1,4 -1,6 -1,7

Katodipotentiaali, Jk V 0,8 2,3 2,4 2,5 15 Liukenevilla elektrodeilla muodostuneiden potentiaali- arvojen johdettaessa eri suuria sähkön tilavuusmääriä liukenemattomien elektrodien lävitse, kuten taulukossa 1 on esitetty, vertailu kuvan 1 mukaisen anodipolaarisaatiokäyrän kanssa osoittaa, että alueella -1,2 V - -0,5 V olevat po-20 tentiaalit vastaavat alumiinin passiivista tilaa ja potentiaalit, jotka ovat negatiivisempia kuin -1,2 V ja positiivisempia kuin -0,5 V vastaavat alumiinin aktiivista liukene-misaluetta.

Alumiinin aktiivista liukenemisaluetta vastaavien po-25 tentiaalien muodostamiseksi vaaditaan joko liukenemattomille elektrodeille syötetyn virran säätämistä välille 20-60 A tai käsiteltävän nesteen virtausnopeutta muuttamista alueella 120-1200 1/h sähkövirran pysyessä vakiona.

Käsittelyn jälkeen liukenemattomilla grafiittielektro-30 deilla virtaa jätevesi minimaalisesti sekoittuen elektrodien väliseen tilaan pitkin liukenemattomina ja liukenevia alumiinielektrodeja, jolloin alumiinielektrodit liukenevat grafiittielektrodien muodostaman sähkökentän vaikutuksesta. Liukenemisen aikana metalli-ionit, jotka liukenevat ja jot-35 ka koaguloituvat kolloidisen lian kanssa, siirtyvät jäteve- 16 74692 teen, jolloin alumiini (tai rauta rautaelektrodeja käytettäessä) on pääasiallisin koaguloiva aine käsiteltävässä jä-tevesiliuoksessa, kuten taulukosta 2 voidaan havaita, jossa on esitetty riippuvaisuus Mg(OH2)- ja Al3 + -ionien sekä liu-5 kenemattomien elektrodien kautta syötetyn sähkön tilavuus-määrän välillä merisuolapitoisuuden ollessa 0,2 g/1.

Taulukko 2 Sähkövirran I Ah/1 0,02 0,03 0,033 0,047 0,06

ja jäteveden Q

virtausnopeu-10 den suhde

Magnesiumhydr- CMa(OH) 0,70 0,67 1,43 2,0 oksidipitoisuus 2 3+

Alumiini-ionipi- CA1 mg/1 2,5 3,10 3,9 5,0 5,7 toisuus 15 SSdi-'^ydr‘CM9«OH)2+Äl3+”9/1 3'04 3'80 4'2 6'4 7'7 alumiini-ionien kokonaispitoisuus

Liukenevien elektrodien anodi- ja katodialueisiin joh-20 detun jäteveden pH-arvo on sen elektrolyysin vaikutuksesta liukenemattomilla elektrodeilla alueella, joka vastaa liukenevien metalliyhdisteiden, kuten alumiinin olemassaoloa, josta liukenevat elektrodit on valmistettu.

Liukenevien elektrodien anodi- ja katodialueilla käsi-25 tellyn jäteveden pH-arvojen ja sähkön tilavuusmäärän välinen riippuvuus merisuolapitoisuudella 0,2 g/1 on esitetty taulukossa 3.

Taulukko 3 Sähkövirran ja jäteveden ^ Ah/1 0,02 0,03 0,04 0,053 0,06 virtausnopeuden suhde υ

Anodin vety- ioniekspo- pHa 3,4 2,9 2,6 2,8 2,6 nentti

Katodin vetyioniekspo- pHk 11,0 11,1 11,3 11,3 11,4 nentti 17 74692

Koska käsiteltävän jäteveden virtaukset suunnataan pitkin liukenemattomia ja liukenevia elektrodeja, tapahtuu nesteen elektrodirajäkerrosten heikko sekoittuminen, joka on esitetty kuvassa 2, jossa käyrät "a" ja "b" grafiitti-elektrodeille ja "c" ja "d" alumiinielektrodeille vastaavat 5 riippuvaisuutta nesteen elektrodirajakerroksen pH-arvon ja etäisyyden välillä elektrodien katodi- ja anodialueiden di-afragmoista.

Jos käsitellään suuren merivesipitoisuuden omaavaa jätevettä, liukenemattomien elektrodien sähkökentän vniku-10 tus liukeneviin elektrodeihin on merkityksetön, jolloin anodi- ja katodialueisiin sijoitettujen liukenevien elektrodien potentiaalit muuttuvat vain vähän ja ovat ne alueella, joka vastaa niiden passiivista tilaa.

Vastaavaisuus liukenevien elektrodien potentiaalien 15 ja liukenemattomien elektrodien kautta johdetun sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhteen välillä merisuola-pitoisuuden ollessa 35 g/1 on esitetty taulukossa 4.

Taulukko 4 Sähkövirran ja ^ Ah/1 0,01 0,02 0,033 0,04 0,054 2q jäteveden virtaus- y nopeuden suhde

Anodipotentiaali $ K V -0,52 -0,60 -0,62 -0,64 -0,66

Katodipotentiaali S K V -1,01 -1,06 -1,08 -1,10 -1,14

Vertailu taulukossa 4 esitettyjen potentiaaliarvojen 25 ja anodipolarisaatiokäyrän välillä osoittaa, että liukenevien elektrodien potentiaalit tässä tapauksessa ovat potentiaalien alueella, joka vastaa niiden passiivista tilaa, jolloin alumiinin liukeneminen on merkityksetön ja epäpuhtauksien koaguloituminen aiheutuu merkivedestä muodostuneen 30 magnesiumhydroksidin vaikutuksesta, mikä voidaan havaita taulukosta 5, jossa on esitetty vastaavaisuus Mg(0H)o- ja 3+ 1

Ai -ionien pitoisuuden ja liukenemattomien elektrodien lävitse johdetun sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhteen välillä merisuolapitoisuudella 35 g/1.

Taulukko 5 18 74692 Sähkövirran ja ^ Ah/1 0,01 0,02 0,03 0,04 0,047 0,053 0,06 jäteveden vir- υ tausnopeuden 5 suhde

Magnesium- C . . ml/g5,35 6,62 10,2 10,7 15,9 19,36 21,8 hydroksidi- Mg(0H)2 pitoisuus

Alumiini- CA13+ ml/g 0,89 0,93 0,75 0,83 0,65 0,47 0,7 ionipitoi- 10 suus hydroksidi-CMg(OH)2+CAl3+ mg/1 6'24 7'55 10'94 21'53 16'55 ja alumiini- 20,13 22,5 ionien kokonaispitoisuus 15

Magnesiumhydroksidia muodostuu jäteveden muuttuessa alkaliseksi liukenemattomien elektrodien, joiden lävitse sähkövirta kulkee, rajakerroksessa, kun pH saa arvon 8,9. Vastaavaisuus liukenemattomien elektrodien katodialueen pH-arvojen ja sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhteen 20 välillä merisuolapitoisuudella 35 g/1 on esitetty taulukossa 6.

Taulukko 6 Sähkövirran ^ Ah/1 0,01 0,02 0,03 0,033 0,04 0,047 0,053 0,06 ja jäteveden^ virtausnopeuden suhde

Katodin vety- pHk 9,9 10,3 10,3 10,4 10,4 10,4 10,4 10,5 ionieksponent- ti

Koaguloivan aineen kokonaispitoisuus säilytetään sää-30 tämällä sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhdetta jäteveden suolapitoisuuden mukaan jäteveden virtausnopeuden ollessa vakion. Sähkövirtaa täytyy muuttaa suolapitoisuutta vastaavasti kuvassa 3 graafisesti esitetyn lain mukaan, jolloin käyrät "a", "b" ja "c" vastaavat 6-7, 7-.8 ja 10-11 mg/1 35 olevia koaguloivan aineen vakiopitoisuuksia vastaavasti käsiteltävässä jätevedessä. Nämä sähkövirran ominaiskäyrät suo- 19 74692 laisuuden suhteen voidaan muodostaa automaattisen jännite-virta-muuttajän tai mikroprosessorin avulla.

Kuva 3 osoittaa, että kun koaguloivan aineen kokonaispitoisuus jätevedessä pidetään vakiona ja suolapitoisuutta 5 alennetaan, niin liukenemattomien elektrodien lävitse johdettu sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhde kasvaa.

Jos stabiloimatonta tasavirtaa johdetaan liukenemattomien elektrodien lävitse on liukenevien elektrodien potentiaalien siirtymä paljon suurempi, mikä antaa mahdollisuuden 10 saavuttaa liuenneen alumiinin suuria pitoisuuksia liuokseen samalla sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhteella.

Optimietäisyys liukenemattomien ja liukenevien elektrodien välillä on määrätty kokeellisesti ja vastaavaisuus liukenevien elektrodien potentiaalin siirron ja etäisyyden 15 välillä liukenemattomiin elektrodeihin merisuolapitoisuudel-la 0,2 g/1 on esitetty taulukossa 7.

Taulukko 7 Sähkövirran tila- ^ Ah/1 0,047 0,053 0,06 vuusmäärä υ

Stabiloidun vir- ^A Stabil. -1,0 -1,1 -1,3

ran anidipoten- virta V

tiaali

Stabiloimattoman Stabi- -1,4 -1,6 -1,9 virran anodipoten- loim.

tiaali virta V

^ Stabiloidun virran Stabil. V +1,55 +,16 +,165 katodipotentiaali virta

Stabiloimattoman jfK Stabi- +1,89 +2,1 +2,2

virran katodipo- loim. V

tentiaali virta

Koagulantin (Al^+) CA^ + mg/1 7,6 8,4 10,8 30 pitoisuus

Riippumatta elektrolyyttisen kennon anodi- ja katodi-alueisiin syötetyn jäteveden virtausnopeudesta siitä saatujen poistojen reaktio on neutraali, koska elektrolyyttisen prosessin aikana vesi hajoaa reaktioiden (1) ja (2) mukaan 20 7 4 6 9 2 muodostaen hydroksyyli- ja vetyioneja ekvivalentteina määrinä.

Kuvassa 4 on esitetty vastaavaisuus jäteveden pH-arvojen anodi- ja katodialueissa ja sähkövirran välillä 5 jäteveden eri virtausnopeuksilla. Kokeellisesti on havaittu, että pH-arvon ollessa 2-3,6 anodialueella ja 10,5 - 12,5 katodialueella jätevesi desifioituu täydellisemmin.

Seuraavassa on annettu määrättyjä esimerkkejä esillä olevan keksinnön soveltamiseksi käytäntöön.

10 Esimerkki 1 Jätevettä, joka sisältää merisuolaa 0,2-0,5 g/1 olevan määrän, syötetään liukenemattomien grafiittielektro-dien väliseen tilaan näitä elektrodeja pitkin ja pitkin liukenevia alumiinielektrodeja, jotka on eristetty säh-15 köisesti toisistaan. Samanaikaisesti johdetaan grafiitti-elektrodien lävitse stabiloitua tasavirtaa, jonka määrä muodostaa sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhteen alueelle 0,06-0,1. Käsittelemättömästä ja käsitellystä jätevedestä määritetään suspendoituneen aineen pitoisuus, 20 viiden vuorokauden biokemiallinen hapentarve (BOD^) , koli-formibakteerien lukumäärä ja suolaisuus.

Kokeet suoritetaan laitteistossa, jonka vetokyky 3 on 18 m /d. Kokeiden tulokset on esitetty taulukossa 8.

21

Taulukko 8 74692 Käsittele— Käsitelty jätevesi mätön jätevesi

Suspendoitu- Kolimuot. Suolaisuus Suspendoitunut Kolimuot. nut aine D„_. bakteereja aine bakteereia 5 _BQD5_BODs_ mg/1 mg/1 kpl/100 mg g/1 mg/1 rag/1 kpJ/lOO mg 1 2 3 4 s 6 7 890 4 0 0 2*10 ^ 0,2 50 28 100 730 3 8 0 2·109 0,28 14 15 ίου 10 900 420 1 · 5 109 0,5 12 18 25 500 180. 8* 10® 0,5 28 20 30 620 215 5* 108 0,51 56 30 25 690 240 4· 10^ 0;4O 4-1 43 20 15 Kuten taulukosta 8 voidaan havaita, täten käsitellyn jäteveden puhtausaste vastaa kansainvälisiä standardeja. Esimerkki 2 Jätevettä, joka sisältää 8-15 g/1 merisuolaa, johdetaan liukenemattomien grafiittielektrodien väliseen tilaan 20 pitkin näitä elektrodeja ja pitkin liukenevia alumiini-elektrodeja, jotka on sähköisesti eristetty toisistaan. Samanaikaisesti johdetaan grafiittielektrodien lävitse stabiloitua tasavirtaa, jonka voimakkuus muodostaa sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhteen alueelle 25 0,03-0,06. Käsittelemättömästä ja käsitellystä jätevedes tä määritetään suspendoituneen aineen pitoisuus, viiden vuorokauden biokemiallinen hapentarve (BOD^), kolimuotois-ten bakteerien lukumäärä ja suolaisuus.

Kokeet suoritetaan laitteistossa, jonka vetokyky oli 50 15 m^/d ja suoritettiin ne 15° kallistuksella kahdessa oleellisesti kohtisuorassa tasossa. Kokeiden tulokset on esitetty taulukossa 9.

Taulukko 9 22 74692 Käsittelemätön jätevesi_Käsitelty jätevesi

No Suspendoi- Kolimuotoisia Suolai- Suspendoi- BOD^ Kolimuotoisia tunut BODj bakteereita suus tunut aine bakteereita aine 5 mg/1 mg/1 kp 1/100 ml g/1 mg/1 mg/1 kpl/100 ml Ϊ 2 } 4 5 6 7 17 656,0 312,0 2*10° 12,6 17,0 6,0 χο 18 305,0 192,0 4·108 12,6 14,0 6,0 i0 19 1070,0 100,0 j.108 12,6 14,0 6>0 10 20 1050,0 56,0 3-108 12,6 21,0 i$fo 10 5 759,0 489,0 lf0.109 u,o 15,0 27f0 10 6 2294,0 981,0 1,0-109 12,0 17,0 27,0 10 7 2162,0 800,0 lf0.109 9,2 23,0 12f0 10 8 3282,0 929,0 lf0.109 8,o 21,0 26,0 10 15 9 1266,0 724,0 2·107 14,6 ,4,0 43,0 10 10 2464,0 1100,0 2-107 14,0 93.0 28,0 10 11 2485,0 1100,4 6.107 10,8 47.5 22,0 10 20 Esimerkki 3 Jätevettä, joka sisältää 26-35 g/1 merisuolaa, syötetään liukenemattomien grafiittielektrodien väliseen tilaan pitkin näitä elektrodeja ja pitkin liukenevia alumiini-elektrodeja, jotka on sähköisesti eristetty toisistaan.

25 Samanaikaisesti johdetaan gfrafiittielektrodien lävitse sähkövirtaa, jonka arvo muodostaa sähkövirran ja jäteveden virtausnopeuden suhteen alueelle 0,01-0,03.

Kokeet suoritettiin laitteistossa, jonka vetokyky on 18 m'Vd. Kokeiden tulokset on esitetty taulukossa 10.

30 Käsittelemättömästä jätevedestä ja käsitellystä jätevedestä määritettiin suspendoituneen aineen pitoisuus, viiden vuorokauden biokemiallinen hapentarve (BOD^), koli-muotoisten bakteerien lukumäärä ja suolaisuus.

74692 23

Taulukko 10 Käsittelemätön jätevesi __Käsitelty jätevesi_

No Suspendoitu- B(X>5 Kolimuotoisia Suolai- Suspendoitu- BOD Koli-nut aine bakteereita suus nut aine b muotoi sia 5 baktee- ___ reita mg/1 nig/1 kp]/100 1 g/1 mg/1 mg/1 kpl/LOO ml “ 2 1 j * ^ 5 6 7 1 1030,0 153.0 3·106 27«° 15,0 >4.0 10 2 1490,0 108,8 4-106 26>° 20,0 30,0 10 5 1165,0 165<2 3.106 30,0 21,0 26,0 10 4 745,0 i48,0 3-106 53,0 16,0 26,0 10 5 909,0 128,0 2,5-109 26r° 51,0 27,0 110 6 1574,0 220,0 2,0-109 26r° 22,0 24,0 65 7 1200,0 170,0 2,0-109 26,0 21,0 26,0 63 8 1719,0 i25fo 5,0-109 26'° 15*° 25,0 10

Kuten taulukosta 10 voidaan havaita, täten käsitellyn 20 jäteveden puhtausaste vastaa kansainvälisiä standardeja. Esimerkki 4 Jätevettä, joka sisältää 0,5-3,0 g/1 merisuolaa, johdetaan liukenemattomien grafiittielektrodien välisiin tiloihin pitkin näitä elektrodeja ja pitkin liukenevia alumiiniolektro-25 deja, jotka on sähköisesti eristetty toisistaan. Samanaikaisesti johdetaan grafiittielektrodien lävitse stabiloimatonta tasavirtaa. Käsittelemättömästä jätevedestä ja käsitellystä jätevedestä määritetään suspendoituneen aineen pitoisuus, viiden vuorokauden biokemiallinen hapentarve (BOD,-) , 30 kolimuotoisten bakteerien lukumäärä ja suolaisuus. Kokeet 3 suoritettiin laitteistossa, jonka vetokyky on 18 m /d.

Kokeiden tulokset on esitetty taulukossa 11.

Taulukko 11 24 74692 Käsittelemätön jätevesi Käsitelty jätevesi

No Suspendoi- BOD^ Kolim. Suolai- Suspendoitu- BOD^ Kolimuot. tunut aine bakteereja suus nut aine bakteereja mg/1 mq/1 kp 1/100 ml q/1____mg/l____mg/lkpl/100 ml 12J^ 5 6 ?8 1 595*0 206,0 4*10 o,5 11,0 0,0 L5 2 511,0 251,0 6*109 0,5 14.0 21,0 30x) 10 5 525,0 596,0 4·109 0f5 24,0 22,0 50 4 500,0 551,0 5-109 0,6 15,0 17,0 60 5 1795,0 400,0 5·108 0,8 7,0 29io 10 5 1740,0 772,0 4-108 2fl 24,0 40 7 1621,0 768,0 2-108 0,95 21,0 J4,0 40 15 8 490,0 279,0 3-107 2,7 20,0 58<9 10 9 215,0 159,6 4-107 2,0 18,0 29,0 10*> 10 126,0 93,0 3-107 2,7 11,8 24’9 10 11 560,0 559,6 4.107 2f3 16,0 10 12 1167,0 740,0 5-0-107 2,9 i8,5 19]0 10 15 655,0 428,4 2.0-106 2f0 7,0 2C’0 50 2 0 14 1500,0 1112,2 5‘109 2f7 llf0 45 15 1265,0 816,0 8*108 lf8 12,5 2L'Q 45 laitteeseen syötettiin liejua/paperia.

25 Kuten taulukosta 11 voidaan havaita, täten käsitellyn jäteveden puhtausaste vastaa kansainvälisiä vaatimuksia.

Laitteisto ehdotetun menetelmän soveltamiseksi käsittää kotelon 1 (kuva 5), joka ympäröi liukenevia elektrodeja 30 3 ja liukenemattomia elektrodeja 2, jotka on kiinnitetty jol lain sopivalla tavalla, kuten muoviruuvien avulla (ei esitetty piirroksessa). Elektrodien väliin on sijoitettu , dielektrinen erotin 4, joka on valmistettu muovikalvosta ja kiinnitetty liiman avulla liukenemattoman elektrodin 2 35 päätypintaan liukenevaa elektrodia 3 kohti.

25 7469 2

Liukenemattoman elektrodin 2 ja liukenevan elektrodin 3 eroittaa toisistaan dielektrinen erotin 4, joka on kiinnitetty liukenemattoman elektrodin päätypinnan kehään, jolloin muodostuu kaksi elektrodia peräkkäin käsiteltävän 5 jäteveden virtaussuuntaan, mikä on piirrokseen merkitty nuolilla ja jolloin jokainen elektrodipari on eroitettu toisesta parista lasikankaasta tai jostain muusta happoa ja alkalia kestävästä kankaasta valmistetun diafragman avulla. Samanlaiset elektrodiparit on sijoitettu anodialu-10 eeseen 6 ja katodialueeseen 7, jolloin liukenevan ja liukenemattoman elektrodin pituuksien suhde on korkeintaan 1:2. Tämä elektrodien pituuksien välinen suhde antaa mahdollisuuden muodostaa liukenevien elektrodien pinnalle potentiaali, joka vastaa liukenevan elektrodin aktiivista liuke-15 nemisaluetta. Virta syötetään elektrodeille 2 johtimien 8 ja 9 kautta, jotka lähtevät teholähteestä (ei esitetty piirroksessa). Liukenemattomat elektrodit on kytketty rinnan (kuva 5).

Esillä olevan keksinnön seuraavan toteutuksen 20 mukaan liukenevia elektrodeja 3 vastassa olevien liukenemattomien elektrodien 2 päätyosan poikkileikkauspinta-ala pienenee symmetrisesti elektrodin akselin suhteen (kuva 6), mikä sallii liukenemattomien elektrodien kentän vaikutuksen liukeneviin elektrodeihin tekemisen mahdollisimman suureksi. 25 Keksinnön vielä seuraavan toteutuksen mukaan liuke nevien elektrodien 3 paksuus on suurempi kuin liukenemattomien elektrodien 2 paksuus (kuva 6). Liukenevien elektrodien 3 paksuuden suurentaminen suurentaa liukenemattomien elektrodien 2 kentän vaikutusta, joihin elektrodeihin sähkö-30 virta johdetaan.

Esillä olevan keksinnön vielä seuraavan toteutuksen mukaan diafrgma 5 on muodostettu siten, että se ulottuu vähintäin 5 mm liukenevien elektrodien päätypinnan ulkopuolelle (kuva 8).

35 Diafragman ulottaminen liukenevien elektrodien pääty- 26 74692 pinnan taakse edistää alumiinihydroksidin muodostumista nestemässassa elektrodien yläpuolisessa tilassa, mikä estää saostuman muodostumisen liukeneville alumiinielek-rodeille.

5 Esillä olevan keksinnön vielä seuraavan toteutuksen mukaan valmistetaan dielektrinen erotin erillisistä levyistä (kuva 9), mikä antaa mahdollisuuden saavuttaa haluttu vaikutus, s.o. eristää liukenemattomat ja liukenevat elektrodit toisistaan, mikä säästää eristemateriaalia.

10 Laite toimii seuraavasti.

Jätevesi virtaa vakiovirtausnopeudella elektrolyyttisen diafragmakennon anodialueisiin 6 ja katodialueisiin 7, jotka diafragma 5 erottaa toisistaan (kuva 5). Liukenemattomiin elektrodeihin 2 syötetään sähkövirtaa teholähteestä 15 johtimien 8 ja 9 välityksellä. Liukenevia elektrodeja 3 ei ole kytketty teholähteeseen. Tällöin jäteveden elektrolyysin vaikutuksesta kasvaa käsiteltävässä nestevirtauk-sessa katodialueella 7 0H--ionien pitoisuus ja anodialu-eella 6H+-ionien pitoisuus. Laitteeseen sijoitetun diafragman 20 5 ja elektrodien sijoittamisen vuoksi peräkkäin käsiteltävän jäteveden virtaussuuntaan ei anodilla muodostunut happo-liuos sekoitu katodilla muodostuneen alkalisen liuoksen kanssa. Elektrolyyttisen kennon liukenemattomille elektrodeille 2 syötetään sähkövirtaa, joka vaihtelee käsitel-25 tävän jäteveden suolaisuuden mukaan ja tämä on luonteenomaista esitettyä menetelmää sovellettaessa.

Liukenemattomien elektrodien 2 pintaa pitkin kulkeva neste virtaa liukenevien elektrodien 3 ympäri, jotka on sähköisesti eristetty liukenemattomista elektrodeista, jolloin 30 liukenevien elektrodien potentiaalit siirtyvät niiden aktiiviselle liukoisuusalueelle nesteen liikkeen vaikutuksesta sekä tuloksena käsiteltävän jäteveden häviöstä. Tällöin liukenevat elektrodit 3 liukenevat muodostaen alumiini-ioneja (käsiteltävän jäteveden pienellä suolapitoisuudella), jotka 35 koaguloivat epäpuhtauksia.

27 74692

Johtamalla virtaus ensin pitkin liukenemattomien elektrodien pintaa ja sitten pitkin liukenevien elektrodien pintaa saadaan virtaus liukeneville elektrodeille sellaiseksi, jossa sekoittuminen happamaksi muuttumisen vaikutuksesta 5 anodialueella ja alkaliseksi muuttimisen vaikutuksesta katodialueella on minimi, mikä antaa mahdollisuuden muodostaa pH-arvo liukenevien elektrodien pinnalla riittäväksi liukenemattomien yhdisteiden muodostumisen estämiseksi liukenevien elektrodien pinnalle.

10 Jos liukenevien elektrodien 3 paksuus tehdään suu remmaksi kuin liukenemattomien eleketrodien 2 paksuus (kuva 6), toimii laite samalla tavalla, mutta tässä tapauksessa liukenemattomien elektrodien sähkökentän vaikutus liukeneviin elektrodeihin kasvaa.

15 Laite, jossa liukenevia elektrodeja 3 vastassa ole vien liukenemattomien elektrodien 2 päätyosan poikkileikkaus on muodoltaan puolisuunnikas (kuva 6), toimii likimain samalla tavalla kuin laite, jossa liukenevia elektrodeja vastassa olevan päätypinnan poikkileikkauksen muoto on 20 erilainen, mutta käytettäessä puolisuunnikkaan muotoista poikkileikkausta on mahdollista parantaa liukenemattomien elektrodien 2 sähkökentänvaikutusta liukeneviin elektrodeihin 3.

Jos laitteessa diafragma 5 ulottuu enemmän kuin 5 mm 25 liukenevien elektrodien 3 ulkopuolelle (kuva 7), toimii se likimain samalla tavalla kuin laite, jossa diafragma on liukenevan elektrodin tasalla, mutta tässä tapauksessa ei liukenevien elektrodien yläreunaan muodostu saostumaa, koska anolyytin ja katolyytin sekoittuminen keskenään estyy. 30 Laite, jossa liukenemattoman elektrodin 2 ja liuke nevan elektrodin 3 välissä oleva dielektrinen erotin 4 on valmistettu erillisistä levyistä (kuva 8), toimii likimain samalla tavalla kuin laite, jossa käytetään yhtä kappaletta olevaa dielektristä erotinta elektrodien välissä, mutta tässä tapauksessa paranee myös liukenevien elektrodien 35 polarisaatio.

74692 28

Jos elektrodeja käytetään 1000 tuntia suolapitoisuuden vaihdellessa (200 tuntia - 0,2 g/1, 200 tuntia - 5 g/1, 200 tuntia - 35 g/1 ja 200 tuntia 20 g/1) elektrodin kokonaiskulutus on 2 grammaa kuutiometriä kohti käsiteltyä 5 jätevettä ja jos käytetään vain liukenevia elektrodeja ja sähkövirta johdetaan niiden lävitse, elektrodien kulu- 3 minen on vähintäin 15 g/m .

Täten käytettäessä edellämainittua menetelmää ja laitetta ei liukeneville elektrodeille tapahdu suolan 10 saostumista, mikä oleellisesti pidentää elektrodien käyttöaikaa ja antaa mahdollisuuden pienentää elektrodien kulumista käytettäessä laitetta merijäteveden käsittelemiseksi, jonka merisuolapitoisuus on suuri, mikä aiheutuu epäpuhtauksien koaguloitumisesta magnesiumhydroksidin kanssa ja 15 pienne merisuolapitoisuuden tapauksessa käsiteltävässä jätevedessä aiheutuu elektrodien liukenemisesta. Liukenevien elektrodien kuluminen on 5-10 kertaa pienempi kuin liukenevia elektrodeja käyttävässä elektrolyyttisessä kennossa, joiden lävitse johdetaan sähkövirtaa. Tämän keksinnön esit-20 telyyn mukaan liitetyt valokuvat osoittavat, että 1000 tunnin käytön jälkeen ehdotetun menetelmän mukaisissa elektrodeissa ei ollut käytännöllisesti katsoen lainkaan suola-saostumia (valokuva 1), kun taas laitteessa, jossa käytetään pelkästään liukenevia elektrodeja, elektrodien välinen 25 tila oli täysin tukkeutunut suolasaostumien vaikutuksesta 30-40 tunnin käytön jälkeen (valokuva 2).

Menetelmä jäteveden sähkökemialliseksi käsittelemiseksi tämän keksinnön mukaan antaa mahdollisuuden käsitellä käytännöllisesti katsoen kaikkia jätevesiä, jotka sisältävät 30 vaihtelevan suolapitoisuuden omaavaa merivettä, mikä antaa yleiskäyttöisyyden ehdotetulle menetelmälle ja laitteelle ja sallii niiden käytön avomerillä kulkevissa aluksissa.

Jäteveden sähkökemiallinen käsittely edellämainitun menetelmän mukaan antaa mahdollisuuden käyttää automatisoin-35 tia merijäteveden käsittelyprosessissa, koska vaadittava 29 74692 koaguloivan aineen pitoisuus käsiteltävässä jätevedessä voidaan ylläpitää automaattisesti käsittelymenetelmän itsesäädön vaikutuksesta.

Elektrodien valmistaminen tämän keksinnön mukai-5 sesti sallii vakiopuhtausasteen ylläpitämisen pitkiä aikoja riippumatta käsittelyyn johdetun merijäteveden suolapitoisuudesta .

Claims

74692 30

1. Menetelmä merivettä sisältävän jäteveden sähkökemialliseksi käsittelemiseksi, jossa menetelmässä tuotetaan 5 koaguloivaa ainetta liukenemattomien (2) ja liukenevien (3) elektrodien väliin ja johdetaan jätevettä erillisinä virtauksina elektrolyyttisen kennon (1) anodialueelle (6) ja katodi-alueelle (7), tunnettu siitä, että koaguloivaa ainetta tuotetaan sähkövirtaelimillä (8,9), jotka kulkevat liu-10 kenevista elektrodeista (3) eristettyinä olevien liukenemat tomien elektrodien (2) läpi, jolloin sähkövirran ja jäte- A . K veden virtausnopeuden suhde on vähintään 0,01 · ——, ja sekoitetaan erillisinä käsitellyt virtaukset keskenään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - 15. e t t u siitä, että liukenemattomille elektrodeille (2) johdetaan stabiloimatonta tasavirtaa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää sovelletaan käyttäen pH-arvoa alueella 2-3,6 anodialueella (6) ja alueella 10,5-12,5 20 katodialueella (7).

4. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, joka laite käsittää elektrolyyttisen dia-fragmakennon (1), joka sisältää vähintäin kaksi elektrodi-paria (2,3), joista jokainen muodostuu liukenemattomasta 25 elektrodista (2) ja liukenevasta elektrodista (3), jotka on sijoitettu peräkkäin, tunnettu siitä, että jokaisessa elektrodiparissa (2,3) liukenematon elektrodi (2) on erotettu liukenevasta elektrodista (3) dielektrisen erottimen (4) avulla, jolloin erottimen ääriviivat vastaavat liu-30 kenemattoman elektrodin päätypintaa ja jolloin elektrodi- parit on sijoitettu vuorotellen anodi- ja katodialueisiin ja liukenevien ja liukenemattomien elektrodien pituuksien suhde on korkeintaan 1:2.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnet- 35. u siitä, että liukenevia elektrodeja (3) kohti olevien liukenemattomien elektrodien (2) päätyosien poikkileikkauspinta-ala pienenee. 31 74692

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että liukenevien elektrodien (3) paksuudet ovat suurempia kuin liukenemattomien elektrodien (2) paksuudet.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tun ne t t u siitä, että saostumien .muodostumisen estämiseksi liukenevien elektrodien (3) pinnoille elektrolyyttisen kennon diafragma (5) ulottuu vähintäin 5 mm liukenevien elektrodien päätypintojen ulkopuolelle.

8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tun nettu siitä, että liukenemattomien (2) ja liukenevien (3) elektrodien väliin sijoitettu dielektrinen erotin (4) on tehty erillisistä levyistä. 74692 32