NO164281B - Fremgangsmaate for separering av emulsjoner inneholdende vann som en kontinuerlig fase, og anordning for anvendelse ved fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for spalting av olje-i —vann-emulsjoner i en elektrolysecelle som drives med likestrøm, og en anordning for gjennomføring av fremgangsmåten .

Som følge av tiltagende anvendelse av syntetiske produkter på mineraloljebasis, som bare dårlig nedbygges biologisk, vokser belastningen av grunn- og overflatevann med stoffer som f.eks. bensin, dieselkraftstoffer, varme- og smøreoljer og overflateaktive substanser.

I betraktning av den tiltagende belastning på omgiv-eisene har lovgiverne gjort det straffbart å innlede disse skadelige stoffer over bestemte konsentrasjoner i vannet.

Makroemulsjoner er flerfasesystemer med store grense-flater og ikke ubetydelig grenseflatespenning, hvorpå deres instabilitet beror. Dette betyr at disse emulsjoner har en tendens, for å nå en mest mulig energifattig tilstand, til sedimentasjon eller oppskumming og dermed til slutt til koagulasjon.

Mikroemulsjoner er imidlertid isotrope, termodynamisk stabile systemer, hvis dispergerte fase foreligger i form av deler som er mindre enn 2000 Ångstrøm. Ved sammenvirkning av tilsvarende molforhold av peptiseringsmiddel, tensid, olje og vann dannes de spontant.

Stabiliteten til emulsjoner økes ved tilsetning av overflateaktive stoffer som virker emulgerende. Derved dreier det seg om bipolare substanser som senker grenseflate-spenningen mellom fasene.

En emulsjons totalstabilitet bestemmes av summen av den Van-der-Waalske tiltrekningskraft, og avstøtningen av de som regel negativt ladede deler ved i hovedsak Coloumbske krefter.

Koagulering^og utflokking kan foregå ved å oppheve delenes ladning, dvs. de emulgerte delenes Zetapotential. Dersom en del beveger seg, eksempelvis som følge av et pålagt elektrisk felt, så avstrykes en del av det diffuse dobbelt-skikt, og når energibarrieren mellom to deler er liten nok, kan det fremkalles en utflokking bare ved at delene nærmer seg hverandre.

For å fylle de normer som er satt av lovgiverne, er brytningen av olje/vann-emulsjoner for å unngå forurensning av omgivelsene under alle omstendigheter nødvendig. For å oppnå dette er en del tekniske løsninger kjent, nemlig i hovedsak: ultrafiltrering, tilblanding av deemulgatorer, ultralyd, tilsetning av kjemikalier, dialyse, elektrokoagula-s jon.

Disse fremgangsmåter er imidlertid delvis forbundet med høye investeringer og høye driftskostnader og er særlig uøkonomiske for mindre mengder av høybelastet avfallsvann.

En vesentlig oppgave for foreliggende oppfinnelse var derfor

å tilveiebringe en mest mulig mangesidig anvendbar og pris-gunstig fremgangsmåte.

Andre tekniske separasjonsfremgangsmåter for produktut-vinning gjelder opparbeidelse eksempelvis av malm, kull, salter og avfallsvann, og her er en av de mest kjente fremgangsmåter flotasjonen som går tilbake til oppdagelsene til W. Haynes (engelsk patent 488 fra 1860). Denne flotasjon anvendes i mange industrigrener også i form av elektro-flotasjon, eksempelvis ved separasjon av sølv fra brukte fotobad.

Ved denne flotasjon dannes i vandige løsninger av vann ved hjelp av elektrolyse hydrogen og oxygen i form av små gassblærer, altså i selve det medium som skal underkastes separasjon. Herved kan separasjonsytelsen økes i vesentlig grad ved den samtidig begynnende koagulasjon av de faststoffer som foreligger i den vandige løsning.

Det er åpenbart at det nettopp på området spaltning av emulsjoner av den ovenfor nevnte art ville bety et vesentlig fremskritt om det lyktes å anvende elektrofIotasjonen og elektrokoagulasjonen sammen med elektroforetiske effekter også på disse systemer og spalte disse emulsjonene i frem-gangsrikt og energetisk brukbart omfang. Derved ville det også være mulig å benytte denne form for emulsjonsspaltning ved adskillelse av organismer fra næringsløsninger og å til-føre de nødvendige kationene over den samtidig begynnende metalloppløsning i løsningen for å avløse de hittil brukte fremgangsmåter, nemlig sentrifugering eller flotasjon ved innblåsning av luft og etterfølgende emulsjonsspaltning ved senkning av pH-verdien og derpå følgende tilsetning av kationer.

Ved kjente fIotasjonsfremgangsmåter for rensing av kloakkvann dannes de nøvendige gassblærer, spesielt luft-blærer, ved hjelp av porøse leirelegemer, dyser, anordning som tilfører gass under samtidig omrøring, avspenning av luft-mettet vann og ved dannelse av gassblærer fra kloakkvannet selv ved hjelp av elektrolyse. Før fIotasjonen tilsettes kloakkvannet utflokkingsmidler og utflokkingshjelpemidler for å innlede en utflokking.

Ved alle fIotasjonsprosesser er virksomheten ved fIotasjonen avgjørende avhengig av volumet og antallet av gassblærer. For store gassblærer og for sterk gasstilførsel fører istedenfor til flotasjon av svevestoffer til en god gjennomblanding av den suspensjon skal skal separeres og dermed til den motsatte virkning.

Med henblikk på de vanskeligheter som opptrer og som forårsaker betydelige kostnader ved opparbeidelsen av slike emulsjoner og kloakkvann som er belastet med emulgerte oljer, har det lenge vært til stede i teknikken et ekte behov for å tilveiebringe en fremgangsmåte med hvilken det lykkes å

spalte emulsjoner av den ovenfor beskrevne art uten store fremgangsmåtetekniske utgifter <p>g uten de hittil observerte vanskeligheter og dermed også for mindre emulsjonsmengder og kloakkvannmengder å garantere en enkel og sikker forarbeidelse og fjerning og dermed oppnå det ønskede resultat i et ikke bare kostnadsparende, men spesielt også et omfang som tilsvarer de aktuelle krav.

Det ligger således den oppgave til grunn for oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for spaltning av emulsjoner, med hvilken dette nettopp skildrede behov kan tilfredsstilles, uten at bare fagfolk kan betjene et slikt emulsjonsspaltnings-anlegg, men at enhver legmann kan drive et slikt enkelt og driftssikkert anlegg uten store utgifter.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for spaltning av emulsjoner i en elektrolysecelle som drives med like-strøm, ved hjelp av initial elektrokoagulasjon, understøttende elektroforese og etterfølgende elektrofIotasjon, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at emulsjonene koaguleres og floteres i en celle med minst én pakke av bestandige elektroder, i hvilken pakke er anordnet minst ett løselig metallinnlegg, i surt til alkalisk område ved pH-verdier opptil 12 ved et strømforbruk på 0,1 til 4 Ah/dm 3og en tilsvarende på forhånd bestemt, tilstrekkelig oppholdstid, og eventuelt at de dannede aggregater og agglomerater frafiltreres.

Denne fremgangsmåte kan gjennomføres såvel kontinuerlig som også diskontinuerlig, hvorved den kontinuerlige fremgangsmåte har en særlig betydning.

Ved gjennomføringen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har det vist seg meget fordelaktig å gjennomføre koa-guleringen og flotasjonen ved pH-verdier i området fra 4 til 6,8 og fra 8 til 12 ved et strømforbruk på 0,1 til 4 Ah/dm<3 >og en oppholdstid av 5 til 120 minutter. Særlig fordelaktig har det vist set å gjennomføre koagulasjonen og flotasjonen i pH-området fra 6,8 til 8 ved en oppholdstid fra 2 til 30 minutter og ved et strømforbruk på 0,1 til 2 Ah/dm 3.

Koagulasjonen og flotasjonen gjennomføres ifølge oppfinnelsen i en celle hvor det i det indre av pakken av bestandige elektroder er anordnet ett eller flere løselige metallinnlegg som minst oppviser et metall som danner et hydroxyd i et alkalisk medium, særlig en aluminium- eller jernplate. Flateforholdet mellom de bestandige elektroder og det løselige metallinnlegg skal ifølge oppfinnelsen være 1:0,1 til 1:60, særlig 1:1 til 1:20.

Ved gjennomføringen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har det vist seg hensiktsmessig å arbeide med en tidsforandring av likestrømretningen fra 5 til 3600 sekunder.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har den store fordel at såvel koagulant som også gass, vil kunne adskilles i en nøyaktig doserende mengde hvorved gassblærenes blærestørrelse kan varieres meget ved overflatebeskaffenheten til de

bestandige elektroder og ved materialegenskapene.

Ifølge oppfinnelsen kan det som bestandige elektroder eksempelvis anvendes slike av grafitt, platina, titan, platinert titan eller edelstål.

En ytterligere stor fordel med oppfinnelsen ligger deri at det ikke behøves noen tilleggsenergi for tilførselen av koagulasjonsmidlet og i tillegg understøttes fremgangsmåten av en bemerkelsesverdig, elektroforetisk effekt og således oppskummer de koagulerte fett- og oljepartikler som følge av adsorpsjon til gassblærene på overflaten av elektrolysecellen eller heller de øvrige samleinnretningene og i tillegg, om nødvendig, også kan gjennomføres en samtidig reduksjon av eksempelvis krom slik det hyppig fordres i avfallsvann-teknikken. Dersom et avfallsvann samtidig inneholder ten-sider hvis tilstedeværelse i vannet er ønsket, kan det ved valg av elektrodeoverflate foretas en skumfIotasjon og således foretas en samtidig fjerning av overflateaktive stoffer.

Oppfinnelsen angår også en anordning for spaltning av emulsjoner i en elektrolysecelle som drives med likestrøm, ved hjelp av initial elektrokoagulasjon, understøttende elektroforese og etterfølgende elektrofIotasjon, hvilken anordning er kjennetegnet ved i det vesentlige en elektrokoagulator med integrert elektroflotator med en deri anordnet pakke av de bestandige elektroder med mellomsjaltet metallinnlegg.

Denne anordning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår i snitt i fig. 1. Denne anordning består i det vesentlige av en elektrokoagulator (1) og elektroflotator (2) med en deri anordnet pakke (3) av bestandige elektroder (4) og (5) med et mellomsjaltet metallinnlegg (6). Elektrokoagulatoren (2) befinner seg i en reaktor (7) med overløpssystem (8) og hvilecelle. Elektrokoagulatoren (1) som er sammenfattet med reaktoren (7), er gjengitt i fig. 2 i snitt etter linjen II-II i fig. 1.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for spaltning av emulsjoner i en elektrolysecelle som drives med likestrøm, ved hjelp av initial elektrokoagulasjon, understøttende elektroforese og etterfølg-ende elektrofIotasjon, karakterisert ved at emulsjonene koaguleres og floteres i en celle med minst én pakke av bestandige elektroder, i hvilken pakke er anordnet minst ett løselig metallinnlegg, i surt til alkalisk område ved pH-verdier opptil 12 ved et strømforbruk på 0,1 til 4 Ah/dm 3 og en tilsvarende på forhånd bestemt, tilstrekkelig oppholdstid, og eventuelt at de dannede aggregater og agglomerater frafiltreres.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som metallinnlegg inne i pakken av bestandige elektroder minst anvendes et materiale som danner et hydroxyd, spesielt en aluminium-eller jernplate.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at koagulasjonen og flotasjonen gjennomføres ved pH-verdier i området fra 4 til 6,8 og fra 8 til 12 ved et strømforbruk fra 0,1 til 4 Ah/dm<3 >og en oppholdstid på 2 til 360 minutter.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at koagulasjonen og flotasjonen gjennomføres ved pH-verdier i området fra 6,8 3 til 8 ved et strømforbruk fra 0,1 til 2 Ah/dm og en opp holdstid fra 2 til 360 minutter.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 4, karakterisert ved at flateforholdet mellom de bestandige elektroder og det løselige metallinnlegg er 1:0,1 til 1:60, spesielt 1:1 til 1:20.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 5, karakterisert ved at det arbeides med en tidsforandring av likestrømretningen fra 5 til 3600 sekunder.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 6, karakterisert ved at ved direkte innbygging av pakken av bestandige elektroder som inneholder det løselige metallinnlegg, i et klaringsanlegg, en oljeavskiller eller en annen egnet samleinnretning, holdes oppholdstiden for emul-sjonen i samleinnretningen til 5 til 1800 minutter, fortrinnsvis 15 til 360 minutter, og forholdet mellom de mot hverandre vendte elektrodeflater i de bestandige elektroder og væske-overflaten i samleinnretningen velges 1:1 til 1:60, fortrinnsvis 1:2 til 1:20, særlig 1:10.

8. Anordning for spaltning av emulsjoner i en elektrolysecelle som drives med likestrøm, ved hjelp av initial elektrokoagulasjon, understøttende elektroforese og etterfølgende elektrofIotasjon, karakterisert ved i det vesentlige en elektrokoagulator (1) med integrert elektroflotator (2) med en deri anordnet pakke (3) av de bestandige elektroder (4) med mellomsjaltet metallinnlegg (5).

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at elektrokoagulatoren (1) og elektroflotatoren (2) med deri anordnet pakke (3) av elektroder er integrert i en reaktor (7) med overløpssystem (8) og eventuelt er ettersjaltet et filtersystem.

10. Anordning ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved en hvilecelle som er inn-koblet etter elektrolysecellen.