IT9021299A1

IT9021299A1 - CROSS-CURRENT ELECTROLYTIC CELL, IN PARTICULAR FOR THE PURIFICATION BY ELECTROFLOCCULATION AND / OR FOR ELECTROFLOTATION OF WASTEWATER IN THE FORM OF EMULSIONS AND / OR SUSPENSIONS

Info

Publication number: IT9021299A1
Application number: IT021299A
Authority: IT
Inventors: Pal Casala; Robert Kahan; Zsoltne Lambertus; Gyorgy Miketa
Original assignee: Altalanos Geptervezoe Iroda
Priority date: 1989-08-26
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-02-24
Also published as: HUT63119A; IT9021299A0; IT1270469B

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L'invenzione riguarda una cella elettrolitica a corrente incrociata, in particolare per la depurazione per elettroflocculazione e/o per elettroflottazione di acque di scarico sotto forma di emulsioni e/o sospensioni, nella quale in una camera di reazione provvista di una condotta di adduzione delle acque di scarico si trova un sistema di elettrodi composto da anodi a perdere a forma di piastre, disposti perpendicolarmente e parallelamente tra loro e collegati a corrente continua, e da catodi indifferenti, anch'essi a forma di piastre, nonché un separatore disposto dopo la camera di reazione nel senso di flusso. The invention relates to a cross-current electrolytic cell, in particular for the purification by electroflocculation and / or by electroflotation of waste water in the form of emulsions and / or suspensions, in which, in a reaction chamber equipped with a supply pipe for the waste water there is a system of electrodes composed of disposable plate-shaped anodes, arranged perpendicularly and parallel to each other and connected to direct current, and of indifferent cathodes, also in the form of plates, as well as a separator arranged after the reaction chamber in the direction of flow.

Per la depurazione di acque di scarico contenenti emulsioni e/o sospensioni, in particolare di acque di scarico con un elevato contenuto di grassi o di olio, il noto metodo per elettroflocculazione presenta un rendimento vantaggioso. Un tale processo è noto dal brevetto ungherese No. 135.042, nel quale l'acqua di scarico viene condotta con continuità fra un anodo a perdere ed un catodo indifferente ed elettrolizzata con corrente continua. Come anodi possono venire impiegati alluminio, leghe di alluminio, ferro o leghe di ferro. Gli ioni che si sviluppano all'anodo durante l'elettrolisi formano nella soluzione un precipitato idrossido di elevata superficie e flocculizzano le impurità emulsionate. L'idrogeno che si sviluppa al catodo flottizza le impurità galleggianti nonché il precipitato formatosi alla superficie. Dall'acqua di scarico trattata in questo modo si possono allontanare le diverse impurità con diversi metodi fisici, quali filtrazione, eliminazione della schiuma ecc. L'acqua depurata può essere ricircolata o portata ad un ulteriore trattamento. For the purification of waste water containing emulsions and / or suspensions, in particular waste water with a high fat or oil content, the known method of electro-flocculation has an advantageous efficiency. Such a process is known from the Hungarian Patent No. 135,042, in which the waste water is conducted continuously between a disposable anode and an indifferent cathode and electrolyzed with direct current. Aluminum, aluminum alloys, iron or iron alloys can be used as anodes. The ions that develop at the anode during electrolysis form a large surface hydroxide precipitate in the solution and flocculate the emulsified impurities. The hydrogen that develops at the cathode flotates the floating impurities as well as the precipitate formed on the surface. The different impurities can be removed from the waste water treated in this way by various physical methods, such as filtration, elimination of foam, etc. The purified water can be recirculated or taken for further treatment.

Il passo più critico del metodo descritto è l'elettrolisi dell'acqua di scarico, nonché l'eliminazione delle impurità flottate e flocculate. Gli impianti che servono a realizzare il metodo dell'elettroflocculazione ed elettroflottazione sono noti dai brevetti ungheresi No. 171.746 e No. 178.963. L'impianto descritto nel brevetto precedentemente menzionato ha un sistema di elettrodi disposti verticalmente e parallelamente nella camera di reazione nonché un nastro raschiante che serve ad eliminare la schiuma, ed inoltre alla camera di reazione segue lina camera di separazione. L'impianto protetto dal brevetto citato per ultimo ha una camera di chiarificazione provvista di un fondo a forma di cono, nella quale è inserito l'elettrodo per la produzione dell'elettroflocculazione e alla quale è collegata tangenzialmente una tubazione di adduzione per le acque di scarico. Nella camera di chiarificazione provvista dì fondo a forma di cono si trova un tubo per il de flusso dell'acqua depurata, un tubo per il deflusso e la compressione del fango, nonché un tubo per il deflusso delle impurità flottate. L'impianto possiede inoltre un filtro e un serbatoio d'accumulo dì acqua pura. The most critical step of the described method is the electrolysis of the waste water, as well as the elimination of floated and flocculated impurities. The plants used to carry out the electroflocculation and electroflotation method are known from the Hungarian patents Nos. 171,746 and 178,963. The plant described in the aforementioned patent has a system of electrodes arranged vertically and parallel in the reaction chamber as well as a scraper belt which serves to eliminate the foam, and furthermore the separation chamber follows the reaction chamber. The plant protected by the last mentioned patent has a clarification chamber provided with a cone-shaped bottom, in which the electrode for the production of electro-flocculation is inserted and to which a supply pipe for the water is tangentially connected. I unload. In the clarification chamber with a cone-shaped bottom there is a pipe for the discharge of the purified water, a pipe for the discharge and compression of the sludge, as well as a pipe for the discharge of the floated impurities. The plant also has a filter and a pure water storage tank.

In questi impianti noti non si può eliminare la possibilità che acqua di scarico non trattata venga convogliata fuori dall'impianto. Inoltre, questi impianti sono complicati oppure contengono dei componenti in movimento e perciò soggetti ad avarie. In these known plants it is not possible to eliminate the possibility of untreated waste water being conveyed out of the plant. Furthermore, these systems are complicated or contain moving components and therefore prone to failures.

Compito dell'invenzione è quindi di realizzare un impianto notevolmente più semplice, che non contenga componenti in movimento e perciò sia meno soggetto ad avarie, ed inoltre che richieda meno spazio. The aim of the invention is therefore to provide a considerably simpler system, which does not contain moving components and therefore is less subject to failures, and moreover which requires less space.

Il compito consiste perciò nello sviluppare una cella elettrolitica che lavori con un rendimento migliore degli impianti finora noti e senza i loro svantaggi. The task therefore consists in developing an electrolytic cell which works with a better efficiency than the systems known up to now and without their disadvantages.

Con una cella elettrolitica a corrente incrociata citata all'inizio, il compito viene risolto per il fatto che vengono impiegate due celle elementari formate da amodi e catodi, dove gli anodi ed i catodi sono disposti alternativamente e sono collegati a tenuta di liquido con le pareti laterali ed il fondo della cella elettrolitica, ma isolati elettricamente da essi. With a cross-current electrolytic cell mentioned at the beginning, the task is solved by the fact that two elementary cells formed by amodes and cathodes are used, where the anodes and cathodes are arranged alternately and are connected in a liquid-tight manner with the walls sides and the bottom of the electrolytic cell, but electrically isolated from them.

Gli elettrodi sono disposti perpendicolarmente alla direzione del flusso definita dalla tubazione di adduzione delle acque di scarico e dal deflusso sistemato sul lato opposto della cella e si estendono verso l'alto dal fondo della cella fino all'altezza del deflusso. Le singole celle elementari sono collegate fra di loro soltanto tramite le aperture disposte sulle piastre elettrodiche. The electrodes are arranged perpendicular to the direction of flow defined by the waste water supply pipe and the outflow arranged on the opposite side of the cell and extend upwards from the bottom of the cell to the height of the outflow. The individual elementary cells are connected to each other only through the openings arranged on the electrode plates.

Il numero delle celle elementari è opportunamente maggiore di due, ed esse sono disposte in modo che il primo e l'ultimo elettrodo, visti dalla tubazione di adduzione delle acque di scarico, sia un catodo. The number of elementary cells is suitably greater than two, and they are arranged so that the first and last electrodes, seen from the waste water supply pipe, are a cathode.

Il materiale degli elettrodi è preferibilmente ferro e/o alluminio, ma è opportuno che gli anodi ed i catodi siano formati dallo stesso materiale e che la loro funzione, e cioè la loro polarità, possa venire scambiata di tanto in tanto per ottenere un consumo uniforme degli elettrodi . The material of the electrodes is preferably iron and / or aluminum, but it is advisable that the anodes and cathodes are formed from the same material and that their function, that is their polarity, can be exchanged from time to time to obtain uniform consumption. of the electrodes.

In una esecuzione vantaggiosa, gli elettrodi sono fissati nelle celle in modo da poter essere sostituiti. In an advantageous embodiment, the electrodes are fixed in the cells so that they can be replaced.

In un'altra forma di esecuzione vantaggiosa, lo sbocco della tubazione di adduzione delle acque di scarico è disposto nella parte più bassa della prima cella elementare e realizzato opportunamente in modo che l'afflusso dell'acqua di scarico avvenga per la maggior larghezza possibile della cella. In another advantageous embodiment, the outlet of the waste water supply pipe is arranged in the lowest part of the first unit cell and suitably made so that the flow of waste water occurs for the greatest possible width of the cell.

Le aperture negli elettrodi, che possono essere rea- 90% dell'intera superficie degli elettrodi e vengono opportunamente disposte in modo che esse si trovino ad un'altezza fra il 10 ed il 90%, nel caso migliore fra il 30 ed il 50% dell'altezza degli elettrodi calcolata dal basso. The openings in the electrodes, which can be 90% of the entire surface of the electrodes and are suitably arranged so that they are at a height between 10 and 90%, in the best case between 30 and 50% of the height of the electrodes calculated from below.

Secondo le nostre esperienze è vantaggioso se l'altezza degli elettrodi è almeno uguale alla distanza fra gli elettrodi, il cui valore ammonta a 2 fino a 20 cm, in pratica è per lo più pari a circa 5 cm. According to our experiences it is advantageous if the height of the electrodes is at least equal to the distance between the electrodes, the value of which amounts to 2 to 20 cm, in practice it is mostly equal to about 5 cm.

L'invenzione verrà nel seguito descritta più in dettaglio sulla base di un esempio di esecuzione con l'ausilio dei disegni. The invention will be described in more detail below on the basis of an embodiment example with the aid of the drawings.

La figura 1 mostra la rappresentazione prospettica della cella elettrolitica secondo l'invenzione in sezione longitudinale ; Figure 1 shows the perspective representation of the electrolytic cell according to the invention in longitudinal section;

la figura 2 mostra il processo che si sviluppa nella cella elettrolitica (secondo la figura 1), rispettivamente le condizioni di flusso. Figure 2 shows the process that develops in the electrolytic cell (according to Figure 1), respectively the flow conditions.

La cella elettrolitica 10 comprende la camera di reazione 1 rappresentata in figura 2, nella quale sono sistemati, perpendicolarmente e paralleli fra di loro, gli anodi formanti il sistema di elettrodi. Gli elettrodi sono di uguale altezza. All'incirca alla stessa altezza dei loro bordi superiori si trova il deflusso 4, a destra in figura 1, che è inclinato leggermente verso il basso a partire dalla cella 10. The electrolytic cell 10 comprises the reaction chamber 1 shown in Figure 2, in which the anodes forming the electrode system are arranged perpendicularly and parallel to each other. The electrodes are of equal height. At approximately the same height as their upper edges is the outflow 4, to the right in Figure 1, which is tilted slightly downwards from cell 10.

Gli elettrodi a forma di piastra 2, 3 sono collegati a tenuta di liquido con il fondo e con le pareti della cella 10. Nelle piastre elettrodiche si trovano delle aperture 5 le quali, nell'esecuzione rappresentata, formano mia perforazione composta da fori e si trovano nella terza parte inferiore delle piastre. The plate-shaped electrodes 2, 3 are liquid-tightly connected to the bottom and walls of the cell 10. The electrode plates contain openings 5 which, in the embodiment shown, form a perforation consisting of holes and are found in the lower third of the plates.

La tubazione di adduzione 6 delle acque di scarico si trova, vista dal deflusso 4, all'estremità opposta della cella 10, nei pressi del fondo della cella ed adiacente alla prima cella elementare A delle celle elementari A e B formate dagli anodi e catodi 2, 3. All'estremità del deflusso della cella elettrolitica 10 si trova il separatore 8 e in esso il filtro 9, nella cui estremità inferiore è sistemato lo scarico 7. Seen from the outflow 4, the waste water supply pipe 6 is located at the opposite end of the cell 10, near the bottom of the cell and adjacent to the first unit cell A of the unit cells A and B formed by the anodes and cathodes 2 , 3. At the end of the outflow of the electrolytic cell 10 there is the separator 8 and in it the filter 9, in the lower end of which the drain 7 is arranged.

La cella elettrolitica 10 secondo l'invenzione lavora nel modo seguente: The electrolytic cell 10 according to the invention works as follows:

In figura 2 il percorso dell'acqua di scarico, delle bollicine di gas nonché dei prodotti di ossidazione è indicato con frecce. Si vede che l'acqua di scarico - contemporaneamente anche elettrolita - attraverso la tubazione di adduzione 6 perviene nella cella elementare À che è la più prossima a detta tubazione. Al catodo di questa cella elementare A si sviluppano, mediante reazione elettrochimica, delle bollicine di gas di idrogeno che realizzano un'intensa mescolanza. Queste zone sono indicate con "a". Come si può vedere queste zone "a" si formano nei pressi di entrambi i lati del catodo (catodi) 3. I prodotti di ossidazione che si separano nella camera degli anodi dall'anodo 2 purificano la soluzione o l'acqua di scarico depositandosi lentamente. Queste zone sono indicate con "c". Fra i liquidi che fluiscono in diverse direzioni, nelle celle elementari A e B si generano delle camere di turbolenza indicate con "b". Queste camere di turbolenza favoriscono la mescolanza dell'elettrolita e le reazioni chimiche secondarie. All'estremità superiore degli elettrodi delle celle elementari A e B si sviluppa uno strato di schiuma di copertura il, che impedisce la fuoriuscita del liquido sopra gli elettrodi 2 e 3. Così, soltanto attraverso la perforazione ricavata nelle piastre elettrodiche il liquido può fuoriuscire dalla cella elementare A e pervenire nella successiva cella elementare B e da lì di nuovo nella successiva cella elementare A. In figure 2 the path of the waste water, gas bubbles and oxidation products is indicated by arrows. It can be seen that the waste water - at the same time also electrolyte - through the supply pipe 6 reaches the elementary cell A which is closest to said pipe. At the cathode of this elementary cell A, bubbles of hydrogen gas develop through an electrochemical reaction which create an intense mixture. These areas are indicated with "a". As you can see these "a" zones are formed near both sides of the cathode (cathodes) 3. The oxidation products that separate in the anode chamber from the anode 2 purify the solution or the waste water and settle slowly . These areas are indicated with "c". Among the liquids flowing in different directions, turbulence chambers indicated with "b" are generated in the elementary cells A and B. These swirl chambers promote mixing of the electrolyte and secondary chemical reactions. At the upper end of the electrodes of the elementary cells A and B, a covering foam layer 11 develops, which prevents the liquid from escaping over the electrodes 2 and 3. Thus, only through the perforation made in the electrode plates the liquid can escape from the unit cell A and arrive in the next unit cell B and from there again in the next unit cell A.

L'elettrolita - l'acqua di scarico - nell'attraversare gli elettrodi perforati deve attraversare una parete di gas, che fluisce verso l'alto e che si sviluppa attorno al catodo 3, oppure attraversare i prodotti di ossidazione, che fluiscono verso il basso e che si sviluppano attorno all'anodo 2. Il flusso dell'acqua di scarico nella cella elettrolitica 10 ha dei componenti che scorrono perpendicolarmente agli elettrodi 2 e 3 e che guidano così l'acqua di scarico attraverso la perforazione 5. The electrolyte - the waste water - in passing through the perforated electrodes must pass through a wall of gas, which flows upwards and which develops around the cathode 3, or through the oxidation products, which flow downwards and which develop around the anode 2. The waste water flow in the electrolytic cell 10 has components which run perpendicularly to the electrodes 2 and 3 and thus guide the waste water through the perforation 5.

Da ciò deriva la denominazione "cella elettrolitica a corrente incrociata". Utilizzando la cella elettrolitica secondo l'invenzione come impianto per 1'elettroflocculazione, la flocculazione viene eseguita tramite gli ioni di allumìnio o di ferro che si trovano nella soluzione oppure tramite il precipitato ossido-idrossido che sì sviluppa da essi. Hence the name "cross-current electrolytic cell". Using the electrolytic cell according to the invention as a plant for electroflocculation, the flocculation is carried out by means of the aluminum or iron ions found in the solution or by means of the oxide-hydroxide precipitate which develops therefrom.

L 'emulsione/sospensione durante il suo passaggio attraverso la cella viene costretta, alternativamente, ad attraversare una volta una parete di gas e, un'altra volta, una parete di precipitato, cosicché la flocculazione viene fortemente favorita. The emulsion / suspension during its passage through the cell is forced, alternatively, to cross once a gas wall and, another time, a precipitate wall, so that the flocculation is strongly favored.

Dopo la flocculazione eseguita nella cella elettrolitica 10, la sospensione schiumogena, galleggiando su un film di liquido, viene portata, attraverso il deflusso 4, al filtro 9 nel separatore 8. Il precipitato 12 che si raccoglie nel filtro 9 può venire di nuovo trattato dopo lo sgocciolamento. La cella elettrolitica a corrente incrociata secondo l'invenzione può venire impiegata, ad esempio, come reattore elettrochimico, qualora debbano venire ossidati o ridotti uno o più componenti, e la realizzazione necessiti di un esercizio continuo. Un tale caso si presenta qualora acque di scarico contenenti cianuri debbano venire decianurizzate in modo elettrochimico. After the flocculation carried out in the electrolytic cell 10, the foaming suspension, floating on a film of liquid, is brought, through the outflow 4, to the filter 9 in the separator 8. The precipitate 12 which collects in the filter 9 can be treated again afterwards. dripping. The cross-current electrolytic cell according to the invention can be used, for example, as an electrochemical reactor, if one or more components are to be oxidized or reduced, and the realization requires continuous operation. Such a case arises when wastewater containing cyanides has to be decyanurized in an electrochemical way.

Il vantaggio dell'invenzione consiste, oltre che nella sua semplicità e nel suo funzionamento affidabile, nel fatto che essa permette un esercizio continuo. The advantage of the invention lies, in addition to its simplicity and its reliable operation, in the fact that it allows continuous operation.

Naturalmente la cella elettrolitica a corrente incrociata secondo l'invenzione può venire anche realizzata in una forma costruttiva differente da quella presentata come esempio, senza uscire dall'ambito della protezione. Così, ad esempio, come separatore non si deve impiegare necessariamente un filtro, ma si possono impiegare anche altri metodi noti. Of course, the cross-current electrolytic cell according to the invention can also be made in a different construction form from that presented as an example, without departing from the scope of protection. Thus, for example, a filter need not necessarily be used as a separator, but other known methods can also be used.

Claims

CLAIMS 1. Cross-current electrolyte cell, in particular for the purification by electro-flocculation and / or electro-flotation of waste water in the form of emulsions and / or suspensions, which has an electrode system arranged in a reaction chamber equipped with a supply pipe of waste water as well as formed by disposable anodes in the form of plates, arranged vertically and parallel to each other, connected with a direct current, and by indifferent cathodes, also in the form of plates, and also has a separator arranged, in the direction of flow, after the reaction chamber, characterized by the fact that there are at least two elementary cells (A, B) formed by anodes (2) and cathodes (3), that the anodes (2) and cathodes (3) are alternately arranged and liquid-tight connected with the walls and the bottom of the electrolytic cell (10), but electrically insulated from them, that the electrodes (2 and 3) are arranged perpendicular to the direction of the flow determined by the waste water supply pipe (6) and by the outflow (4) which is at the opposite end of the cell (10), and extend upwards from the bottom of the cell (10) up to the height of the outflow (4), and that the single elementary cells (A and B) are connected to each other only through the openings (5) which are located in the electrode plates.

2. Cross-current electrolytic cell according to claim 1, characterized in that the number of elementary cells (A and B) is greater than two and that the first and last electrode seen from the waste water supply pipe (6) is a cathode (3).

3. Cross-current electrolytic cell according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodes 2 and 3 are made of iron and / or aluminum.

Cross-current electrolyte cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the anodes (2) and cathodes (3) are formed from the same material and their function - polarity - can be reciprocally exchanged.

Cross-current electrolytic cell according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrodes (2 and 3) are mounted in the cell (10) so as to be replaceable.

6. Cross-current electrolytic cell according to one of claims 1 to 5, characterized in that the waste water supply pipe (6) leads into the lowest part of the first unit cell (A).

Cross-current electrolytic cell according to one of claims 1 to 6, characterized in that the outflow (4) slopes slightly away from the cell (10).

Cross-current electrolytic cell according to one of claims 1 to 7, characterized in that a filter (9) is arranged in the separation chamber (8).

Cross-current electrolytic cell according to one of claims 1 to 8, characterized in that the entire surface of the openings (5) in the electrodes (2 and 3), which can be slots, perforations, be shaped network or grid, amounts to 15 to 90% of the entire surface of the electrodes (2 and 3).

10. Cross-current electrolytic cell, characterized by the fact that the openings (5) are arranged at a height equal to 10% up to 90%, suitably 30% up to 50%, of the entire height of the electrodes calculated from below .

Cross-current electrolytic cell according to one of claims 1 to 10, characterized in that the height of the electrodes (2, 3) is at least equal to the distance between the electrodes (2 and 3), and the aforementioned distance amounts to 2 up to 20 cm, advantageously about 5 cm.