NO303439B1 - FremgangsmÕte og anordning for Õ behandle vann - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å behandle vann som inneholder forurensninger, der fremgangsmåten omfatter trinnene: å tilveiebringe en elektrolytisk celle som har en første ytre elektrode med et flertall av perforeringer og en andre, indre koaksielt anbrakt ugjennomtrengelig elektrode; å plassere nevnte første elektrode og nevnte andre elektrode i et relativt tett hosliggende koaksielt forhold i forhold til hverandre for å definere en klar, uhindret kanal derimellom; å innføre en elektrolytt i cellen; å slippe inn vannet som skal behandles inn i den elektrolytiske cellen; å mate vannet som skal behandles gjennom nevnte perfor-eringer inn i nevnte kanal; å utsette nevnte vann som passerer innenfor nevnte kanal for elektrolyse i nevnte celle i nævær av nevnte elektrolytt; og å opprettholde forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av nevnte andre elektrode i området fra 1,1 til 3,5 for å utføre en vesentlig reduksjon av forurensninger.

Videre vedrører oppfinnelsen en anordning for å behandle vann for å utføre en vesentlig reduksjon av forurensninger som befinner seg deri, omfattende: en elektrolytisk celle som omfatter en første ytre elektrode som har et flertall av perforeringer og en andre indre koaksielt anbrakt ugjennomtrengelig elektrode; middel som understøtter nevnte elektroder i et relativt tett adskilt hosliggende koaksielt forhold med hensyn til hverandre for å definere en klar, uhindret kanal derimellom som har en dybde i området fra 1,1 til 3,5 som forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av den andre elektroden; middel for å innføre vann som skal behandles inn i cellen; middel for å slippe vann som skal behandles gjennom nevnte perforeringer inn i nevnte kanal for strømning mellom nevnte elektroder; middel for å innføre en elektrolytt i nevnte celle; middel for å tilføre spenning til cellen; og middel for å fjerne vann etter behandling i cellen.

Vannforurensning er et stadig økende problem i dagens samfunn. Generelt kan vannforurensninger grupperes i syv klasser som følger:

Kloakk og andre oksygen-krevende avfallstyper er generelt karbonholdige organiske materialer som kan oksideres biologisk (eller av og til kjemisk) til kulldioksid og vann. Disse avfallsstoffer er problematiske, ettersom deres degradering fører til oksygenutarming, hvilket påvirker (og kan endog drepe) fisk og annet liv i vann, på grunn av at de frembringer plagsomme lukter, på grunn av at de ødelegger vanntilførsel for husbruk og dyr ved å påvirke smak, lukter og farger, og fordi at de kan føre til skum og faststoffer som gjør vann uegnet for rekreasjonsbruk.

Smittsomme stoffer blir vanligvis funnet i spillvann fra kommunale anlegg, sanatorier, fargings- og slaktingsanlegg og båter. Denne type av forurensning er i stand til å frembringe sykdom hos mennesker og dyr, innbefattende husdyr.

Plantenæringsstoffer (for eksempel nitrogen og fosfor) er i stand til stimulere veksten hos planter i vann, hvilket forstyrrer vannbruk og som senere avtar til å frembringe plagsomme dufter og øker mengden av oksygen-krevende avfall i vannet (se ovenfor).

Fremmedartede organiske kjemikalier innbefatter overflate-aktive stoffer som anvendes i vaskemidler, desinfeksjonsmid-ler, forskjellige industriprodukter og dekomponeringsproduk tene i andre organiske sammensetninger. Noen av disse sammensetninger er kjent for å være giftige overfor fisk ved meget lave konsentrasjoner. Mange av disse sammensetninger er ikke lett biologisk degraderbare.

Uorganiske mineraler og kjemiske sammensetninger finnes generelt i vann fra kommunale og industrielle spillvann og fra bymessig avrenning. Disse forurensninger kan drepe eller skade fisk og annet liv i vann, og kan også forstyrre egnetheten for vann med hensyn til drikking eller industriell bruk. Et fremtredende eksempel er opptredenen av kvikksølv i vann. Et annet eksempel er sal tforurensning fra NaCl og CaCl2som anvendes for å avise veier om vinteren i de nordlige, kaldere klimastrøk.

Sedimenter er jord og mineralpartikler som vaskes fra land på grunn av stormer og flomvann, fra dyrkbar jord, ubeskyttede skogsmarker, overskrapede beiter, dagbrudd, veier og byområder som er bearbeidet med bulldozer. Sedimenter fyller strømningskanaler og reservoirer, eroderer kraftturbiner og pumpeutstyr, reduserer mengden av sollys som er tilgjengelig for planter i vann, tetter vannfiltre, og dekker fiskereder, rogn og mattilførsler, hvorved utviklingen av fisk og skalldyr reduseres.

Radioaktive substanser i vannmiljøer stammer vanligvis fra avfall av uran- og toriumgruvedrift og raffinering, fra kjernefysiske kraftanlegg, og fra industriell, medisinsk, viteskapelig anvendelse av radioaktive materialer.

Det ville være ønskelig å ha en fremgangsmåte for å behandle vann som kunne fjerne i det minste en av forurensningsstof-fene som er omhandlet ovenfor.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for behandling av vann.

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny anordning for behandling av vann.

Følgelig, i et av dens aspekter, tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type og som kjennetegnes ved at nevnte kanal er definert utelukkende ved det koaksielle forhold mellom nevnte første elektrode og nevnte andre elektrode, og flyten av vann inn i og ut av kanalen gjennom nevnte perforeringer er utelukkende tverr-strømning til den første elektroden og den andre elektroden.

I et annet av dens aspekter tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en anordning av den innledningsvis nevnte type og som kjennetegnes ved at kanalen er definert utelukkende ved det koaksielle forhold mellom nevnte første elektrode og nevnte andre elektrode, og flyten av vann inn i og ut av kanalen gjennom nevnte perforeringer er utelukkende tverr-strømning til den første elektroden og den andre elektroden.

Ytterligere utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av patentkravene, samt bli beskrevet med henvisning til de vedlagte tegninger, der: fig. 1 er et perspektivisk riss fra oversiden av en første

og en andre elektrode,

fig. 2 er et snittriss langs linje II-II i fig. 1,

fig. 3 er et snittriss langs linje III-III i fig. 1,

fig. 4 er et vertikalriss av en første og andre elektrode, fig. 5 er et snittriss langs linje V-V i fig. 4,

fig. 6 er et snittriss av en anordning for behandling av

vann, og

fig. 7 er et diagram som illustrerer den kumulative COD-reduksjonen som er oppnåelig ved bruk av en utførel-sesform ifølge oppfinnelsen.

Slik det anvendes overalt er uttrykket "elektrolyse" ment å omfatte passeringen av elektrisitet gjennom en oppløsning til å gi tilstrekkelig energi til å bevirke en ellers ikke-spontan reduksjons-oksydasjon (i det etterfølgende vist til som "redox") reaksjon. Dessuten er uttrykket "elektrolytt" ment å omfatte substanser som adskilles i oppløsning til å gi ioner for derved å sette oppløsningen i stand til å lede elektrisitet.

Den foreliggende fremgangsmåte og anordning kan med fordel anvendes for behandling av vann. Uttrykket "behandling av vann" er ment å omfatte avsal tning av vann, avsetning av metaller, mikrobiologiske belastningsreduksjoner, rensning av industrielle spillutslipp (idet det som eksempler nevnes gruvevannavløp, smelteoperasjonavløp, elektropletterings-avløp, tremasse og papiravløp), kommunale kloakkbehandlings-utslipp og lignende.

Dessuten kan den foreliggende fremgangsmåte anvendes for å dekomponere, uten forut ekstrahering, klororganiske forbindelser slik som polyklorerte bifenyler (PCB), dioksiner og furaner, og bromorganiske forbindelser slik som polybromerte bifenyler (PBB), som er kjent for å være skadelige for miljøet. Såvidt vites vil den eneste måte som eksempelvis PCB'er kan dekomponeres effektivt og i en kommersiell målestokk være ved ekstrahering fra avløpet (om nødvendig) etterfulgt av termisk behandling ved uhyre høye temperaturer (for eksempel 1500°C og høyere). Imidlertid er den ovn som behøves for å betjene en slik fremgangsmåte meget kostbar å konstruere og betjene. Dessuten vil dekomponering av PCB'er på denne måte ofte føre til et annet forurensningsproblem, nemlig det av luften på grunn av dekomponeringsproduktene. Dessuten må driften av en slik ovn overvåkes meget omhyggelig for å sikre at temperaturfall ikke opptrer og medfører utsendelse av de giftige biprodukter (dvs. ufullstendig dekstruksjon) av nevnte PCB'er.

Følgelig, med et aspekt av oppfinnelsen, blir vann som skal behandles matet inn i en elektrolytisk celle. Den elektrolytiske cellen omfatter en første elektrode som er adskilt fra og i det minste delvis omgir en andre elektrode. Således fungerer en elektrode som en anode, mens den andre elektroden fungerer som en katode. Det er ikke særlig viktig hvorvidt den første elektroden fungerer som en anode eller en katode. Det foretrekkes at katoden er den første elektroden og at anoden er den andre elektroden.

Nevnte første og andre elektroder kan være i et antall av forhold med hensyn til hverandre. Eksempelvis kan den første elektroden, i en utførelsesform bære veggene av den elektrolytiske cellen og den andre elektroden kan holdes på plass til å være i det minste delvis nedsenket i vannet som skal behandles i elektrolyttcellen.

I en annen, og foretrukket, utførelsesform er nevnte første og andre elektroder langstrakte og er i koaksialt forhold til hverandre. Tverrsnittformen av nevnte første og andre elektroder er ikke spesielt begrenset, og heller ikke trenger den andre elektroden å være massiv. Eksempelvis er det mulig at denne tverrsnittform er trekantet, firkantet, rektangulær, heksagonal og lignende. Fortrinnsvis er tverrsnittet av nevnte første og andre elektroder i alt vesentlig sirkulært. En slik løsning for nevnte første og andre elektroder muliggjør bruken av et flertall av elektrodepar i den samme elektrolytiske cellen, idet dette ikke er mulig ved å anvende et flertall av parallell-plate elektroder.

En illustrasjon av en anordning som omfatter en første og andre elektrode i et koaksielt forhold til hverandre kan finnes i fig. 1, 2 og 3 der en andre elektrode 12 er en sylindrisk massiv anbragt innenfor en første elektrode 10. Første elektrode 10 er en hul sylinder som i det minste delvis omgir den andre elektroden 12. I en mer foretrukket utførelsesform omfatter den første elektroden 10 et flertall av perforeringer 14. Selv om avstanden mellom første elektrode 10 og andre elektrode 20 ikke er særlig begrenset, foretrekkes det at forholdet mellom diameteren for den første elektroden og diameteren for den andre elektroden er i området fra 1,1 til 3,5, mer foretrukket fra 1,1 til 1,75, og mest foretrukket fra 1,1 til 1,3.

I nok en annen og foretrukket utførelsesform er nevnte første og andre elektroder begge formet sfærisk. En illustrasjon av en slik anordning er vist i fig. 4 og 5, der en andre massiv elektrode 22 er anbragt innenfor en første elektrode 20 (se fig. 5). Første elektrode 20 er en hul kule som fortrinnsvis omfatter et flertall av perforeringer 24. Andre elektrode 22 er adskilt fra den første elektroden 20 ved eksternt å fastspenne en ikke-ledende seksjon 26 som forbindes med den andre elektroden 22. Første elektrode 20 kan omfatte en åpning som er stor nok til å tillate innføring (og uttrekking) av andre elektrode 22, eller i alternativet kan første elektrode 20 omfatte en eller flere fjernbart inngrepbare seksjoner (for eksempel første elektrode 20 kan omfatte to halv-sfæroider) for å tillate innføring (og uttrekking) av andre elektrode 22. Fortrinnsvis har første elektrode 20 og andre elektrode 22 sammenfallende sentra.

Sammensetningen av de første og andre elektroder er ikke særlig begrenset, forutsatt at elektrodene er i stand til å fungere som sådanne i en elektrolytisk celle. I henhold til et aspekt ved oppfinnelsen blir vann som skal behandles utsatt for elektrolyse i nærværet av karbon. Denne karbon kan være en komponent av en eller begge av nevnte første og andre elektroder, eller den kan tilføyes den elektrolytiske cellen i en hvilken som helst passende form under elektrolyse .

Ikke-begrensende eksempler av materialer som er egnet for bruk som første og andre elektroder innbefatter AISI typer 304 (karboninnhold typisk lik 0,08 vekt-#) og 317L (karboninnhold typisk lik 0,03 vekt-5É) rustfritt stål.

I en annen utførelsesform blir karbon som grunnstoff tilført den elektrolytiske cellen, idet slik tilførsel oppnås ved hjelp av et hvilket som helst passende middel. Slike midler ville være innenfor området for en fagmann. Fortrinnsvis er slik karbon i form av grafitt. Grafitt kan være i form av et pulver som tilføres den elektrolytiske cellen eller en massiv stav som nedsenkes i den elektrolytiske cellen under prosessen.

I nok en annen utførelsesform kan karbon være den eneste komponenten av den ene eller begge av nevnte første og andre elektroder. Ikke-begrensende eksempler av kullmaterialer som er egnet for bruk som den eneste komponenten av elektroden innbefatter grafitt og lignende.

Elektrolytten som er egnet for bruk ved oppfinnelsen er ikke særlig begrenset. Fortrinnsvis er elektrolytten sterk (dvs. ioniserer i alt vesentlig fullstendig). Ikke-begrensende eksempler av sterke elektrolytter innbefatter HNO3, HCIO4, H2S04, HC1, HI, HBr, HCIO3, HBr03, alkalihydroksider, alkali-jordhydroksider (for eksempel kalsiumhydroksid) og de fleste salter (for eksempel kalsiumklorid og natriumklorid). Fortrinnsvis velges elektrolytten fra kalsiumklorid, natriumklorid, kalsiumhydroksid og blandinger derav. Elektrolytten kan tilføyes i en hvilken som helst passende form. Dersom elektrolytten eksempelvis var et fast stoff, kan den oppløses i vannet som skal behandles forut for innføring i eller mens den faktisk var i den elektrolytiske cellen. Alternativt kan elektrolytten oppløses og lagres som en oppløsning i en separat beholder. Elektrolyttoppløsningen kunne så tilføyes, etter behov, til elektrolyttcellen. Dersom elektrolytten er i form av en væske, kan den tilføyes, etter behov, til den elektrolytiske cellen enten pent eller i form av en oppløst vandig oppløsning.

Med henvisning til fig. 6 er der vist ved 30 en anordning for behandling av vann. Anordningen omfatter en elektrolyttcelle 32 som har en første har en første elektrode 34 (anoden ved denne løsning) og en andre elektrode 36 (katoden i denne løsning). Første elektrode 34 og andre elektrode 36 er i et koaksialt forhold til hverandre slik det er vist i fig. 1, 2 og 3. Elektroder 34 og 36 er forbundet med en likestrøms-kilde 40 via ledninger 30. Den elektrolytiske cellen 30 omfatter innløp 42 og 44 som anvendes til å innføre elektrolytt og vann som skal behandles i den elektrolytiske cellen 32. Det er ikke spesielt viktig hvilket innløp som anvendes for elektrolytten og vannet. Den elektrolytiske cellen 32 omfatter dessuten en grafittstang 46 som kan utskiftes ettersom den blir oppbrukt under prosessen.

Under operasjon blir vann som skal behandles og elektrolytt innført via innløp 42 og 44 inn i den elektrolytiske cellen 32 til å danne en vann/elektrolyttblanding 48. Samtidig blir 1ikestrømskilden 40 innkoblet for å levere derved elektrisitet til elektrodene 34 og 36.

Ved tilførsel av elektrisitet til elektrodene 34 og 36, oppstår det elektrolyse av blanding 48. Avhengig av naturen av det vann som skal behandles og/eller urenhetene som befinner seg deri, vil felling skje enten i avsetning av faste stoffer (ikke vist) ved bunnen av cellen 32 eller i dannelsen av flokkulat (ikke vist) på overflaten av blanding 48. Dersom førstnevnte skjer, kan relativt renset vann fjernes fra toppen av cellen 32 ved hjelp av hvilket som helst passende middel, slik som en overløpsteknikk (ikke vist). Dersom alternativt dannelsen av flokkulat opptrer, kan relativt renset vann fjernes fra bunnen av cellen 32 ved hjelp av hvilket som helst passende middel slik som en pumpe (ikke vist). Uansett er måten å fjerne det relativt rensende vannet fra anordningen innenfor området "for en fagmann. Elektrolyse i henhold til den foreliggende fremgangsmåte kan også føre til dekomponering av forskjellige urenheter i vannet til biprodukter i gassform som deretter diffunderer fra vannet.

Det vil forstås at prosessen kan utføres 1 satsmodus eller i en kontinuerlig modus. Det foretrekkes å utføre prosessen i en kontinuerlig modus.

Utførelsesformene ifølge den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives med henvisning til de etterfølgende, for oppfinnelsen ikke-begrensende eksempler.

Eksempel 1

En masseprøve av rå-spillvann ble oppnådd fra en stor tremasse og papirprodusent. Deler av denne prøve ble behandlet i en elektrolytisk celle omfattende to katode-anodepar tilsvarende det ene som er vist i fig. 1-3 her. Hver anode og katode ble konstruert av AISI type 304 rustfritt stål. To krafttilførsler, hver i stand til å gi 6 volt/2 amp., ble koblet i serie til katode-anodeparene.

Fire slike elektrolytiske celler ble satt opp i serie, hvorved avløpet fra den første cellen kunne overføres, etter filtrering av eventuell utfelling, til den andre cellen osv.

For å iverksette testen ble 1950 ml av rå-spillvann innført i den første elekrolytiske cellen. Elektrolyse av spillvannet ble gjennomført ved 37°C i 15 minutter. Omrøring av spillvannet ble foretatt med 3 minutters intervaller. Elektrolytten som ble anvendt under testen var kalsiumklorid (0,580 g). Ved slutten av testperioden ble det behandlede spillvann filtrert og filtratet ble innført i den andre elektrolytiske cellen der elektrolyse ble gjennomført under identiske forhold (dvs. temperatur, elektrolytt, tidsperiode og omrøring (agitering)) slik som i den første elektrolytiske cellen. Denne prosedyre ble gjentatt for nevnte tredje og fjerde elektrolytiske celler. Det behandlede avløp fra den fjerde elektrolytiske cellen ble filtrert og filtratet derfra ble analysert for sammenligning med det opprinnelige rå-spillvann .

En sammenligning av metall og ionetypeinnholdet for rå-spillvannet og filtratet fra den fjerde elektrolytiske cellen er tilveiebragt i tabell 1 der alle enheter er i ppm. Testing ble gjennomført i henhold til APHA standardmetoder nr. 16 og innbefattet bruken av induktivt koblet plasma-spektrometri. I tabell 1 er også tilveiebragt (hvor mulig) en indikasjon av den maksimalt godtagbare konsentrasjon av de bestemte prøver som tillates av Ontario Drinking Water Objective (ODWO).

Slik det er åpenbart fra tabell 1, ble en reduksjon eller et vedlikehold oppnådd i konsentrasjonen av praktisk talt samtlige testede typer. I tilfellet av fosfat, jern og mangan var det mulig å redusere konsentrasjonen fra ellers uakseptabelt nivå til nivå vesentlig under den maksimalt godtagbare konsentrasjon som tillates av nevnte ODWO. Vesentlig reduksjon i konsentrasjon ble også oppnådd for magnesium, aluminium, barium, bor, krom, kobber, bly, titan, vanadium, sink og zirkon. Økningen i konsentrasjonen av kalsium kan tilskrives nærværet av en kalsiumbasert elektrolytt og kan reduseres ved å anvende reduserte nivåer av en slik elektrolytt. Det kjemiske oksygenbehov (COD) for rå-spi11vannet ble bestemt ved oksydering av organisk stoff i spillvannet (APHA standardmetoder nr. 16). Oksydering ble oppnådd ved å anvende en kokende syredikromatoppløsning. COD er et mål på konsentrasjonen av kjemikalier i en prøve av vann som kan forbruke oppløst i oksygen i prøven. I dette tilfellet ble nevnte COD for rå-spillvannet funnet å være 1590 ppm. I motsetning ble nevnte COD for filtratet fra den fjerde elektrolytiske cellen funnet å være 80 ppm. Dataene for COD-reduksjonen for hver av de fire elektrolytiske cellene (E.C.) er gitt i tabell 2. Den dramatiske reduksjon som ble oppnådd er vist i fig. 7 hvor det kan sees at det kan være mulig å oppnå 100$ COD-reduksjon ved å anvende syv elektrolytiske celler.

Eksempel 2

I dette eksempel ble et antall av tester gjennomført for å illustrere anvendbarheten av den foreliggende oppfinnelse på behandling av vannprøver som inneholder PCB'er. To typer av PCB'er ble anvendt: PCB 1242 (en blanding av bifenyler som inneholder ca. 42% klor) og PCB 1260 (en blanding av bifenyler som inneholder ca. 6056 klor).

Prøveoppløsninger ble preparert ved å oppløse 50 mikrogram av nevnte PCB i tilstrekkelig destillert vann til å gi en 1 liter oppløsning. Således var den endelige konsentrasjon av PCB i oppløsningen 50 ppb. Deler av prøveoppløsningen ble behandlet i en elektrolytisk celle omfattende et katode-anodepar tilsvarende det ene som er vist i fig. 1-3 her. Anoden ble konstruert av type AGSX karbon (grafitt) og katoden av AISI type 304 rustfritt stål. En krafttilførsel i stand til å gi 18 volt/6 amp ble koblet til katode-anode-paret.

For å iverksette testen ble 1000 ml av prøveoppløsning innført i den elektrolytiske cellen. Elektrolyse av prøveoppløsningen ble gjennomført ved 70°C i 20 minutter. Omrøring av prøveoppløsningen ble foretatt ved 3 minutters intervaller. Elektrolytten som ble anvendt under prosessen var natriumklorid (0,4 g).

Prøveoppløsningen ble analysert før og etter behandling for å bestemme konsentrasjonen av PCB. Denne analyse ble gjennom-ført ved å gjøre bruk av gasskromatografi (elektronfangnings-detektor). Resultatene av denne analyse er gitt i tabell 3.

Slik det er åpenbart fra tabell 3, ble en vesentlig reduksjon i PCB-konsentrasjon oppnådd. Det vil forstås at denne reduksjon ble oppnådd relativt lett (dvs. ved en temperatur mindre enn 100°C) i sammenligning med tidligere kjente teknikker (omtalt ovenfor) for dekomponering av PCB'er. Med den foreliggende prosess ville dessuten en effektavbrytelse ikke være katastrofal ettersom det ikke er noen kjente potensielle emisjonsproblemer knyttet til denne foreliggende prosess.

Eksempel 3

I dette eksempel ble PCB'er behandlet ved bruk av den samme prøveoppløsning og den samme elektrolytiske cellen som ble anvendt i eksempel 2. I dette eksempel var imidlertid den anvendte effekttilførsel i stand til å gi 48 volt/6 amp.

For å initiere testen, ble 1000 ml av prøveoppløsningen innført i den elektrolytiske cellen. Elektrolyse av prøveoppløsningen ble gjennomført ved 37"C i 46 minutter. Forsiktig omrøring av prøveoppløsningen ble kontinuerlig gitt. Elektrolytten som ble anvendt under prosessen var enten natriumklorid (0,39 g) eller kalsiumklorid (0,40 g).

Prøveoppløsningen ble analysert før og etter behandling på den måte som er beskrevet i eksempel 2. Resultatene av analysen er gitt i tabell 4.

Eksempel 4

I dette eksempel ble et antall av tester gjennomført for å illustrere anvendbarheten av den foreliggende oppfinnelse på behandling av vannprøver som inneholder dioksiner og furaner. En dioksinprøveoppløsning omfattende en blanding av tetra klor, pentaklor, heksaklor, heptaklor og oktaklor dioksiner ble tilveiebragt. En furanprøveoppløsning inneholdende en blanding av tetraklor, pentaklor, heksaklor, heptaklor og oktaklor furaner ble tilveiebragt.

Deler av disse prøveoppløsninger ble behandlet i en elektrolytisk celle tilsvarende den ene som er identifisert i eksempel 2. I dette eksempel var imidlertid den anvendte effekttilførsel i stand til å gi 48 volt/6 amp.

For å initiere testen, ble 950 ml av prøveoppløsningen innført i den elektrolytiske cellen. Elektrolyse av prøveoppløsningen ble gjennomført ved 37"C i 60 minutter. Forsiktig omrøring av prøveoppløsningen ble kontinuerlig tilveiebragt. Elektrolytten som ble anvendt under prosessen var kalsiumklorid (0,5 g). Under elektrolyse av prøveoppløs-ningen (dioksin og furan) økte temperaturen til ca. 95°C og volumet av oppløsningen minsket (ved fordampning) til ca. 800 ml.

Prøveoppløsningen ble analysert før og etter behandling på den måte som er beskrevet i eksempel 2. Resultatene av denne analyse er gitt i tabell 5 og innbefatter den bestemte konsentrasjon av hver av typene i den ubehandlede prøveopp-løsningen .

Dataene som er gitt i tabell 5 ansees ikke å være absolutt nøyaktige. I særdeleshet, for hver gruppe av forbindelser, var referansestandarden som var anvendt for analyse en enkelt isomer. Eksempelvis var den anvendte tetra-klordioksin en blanding av 22 isomerer, mens kun en isomer ble anvendt som referansestandarden under analyse. Følgelig ansees resulta-tet for hver bestemte gruppe å være representativt (dvs. ikke absolutt for hvert element i gruppen) for gruppen som et hele. Uansett gir tabell 5 et klart bevis for at konsentrasjonen av dioksiner og furaner i vannprøver kan reduseres vesentlig ved bruk av den foreligende fremgangsmåte.

Eksempel 5

I dette eksempel ble et antall av tester gjennomført for å Illustrere anvendbarheten av den foreliggende oppfinnelse for behandling av vannprøver som inneholder valgte bakterier. To typer av bakterier ble anvendt: Escherichia coli (E. coli) og Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa). Disse bakterier ble valgt ettersom de er patogene overfor mennesker.

Prøveoppløsninger ble preparert ved å avgi (og blande) en 1 ml aliquot av bakteriene, som ble tilveiebragt i form av en kultur, til 1000 ml av en isotonisk oppløsning. Prøveoppløs-ningen ble utsatt for elektrolyse ved bruk av den samme elektrolytiske cellen som ble anvendt i eksempel 2. I dette eksempel var imidlertid effekttilførselen i stand til å gi 12 volt/6 amp.

For å iverksette testen ble 1000 ml av prøveoppløsningen innført i den elektrolytiske cellen. Elektrolyse av prøveoppløsningen ble gjennomført på en måte hvorved temperaturen ikke overskred 40°C. Dette var nødvendig for å sikre at reduksjon i bakterier ikke kunne tilskrives varmevirkninger. Forsiktig omrøring av prøveoppløsningen ble kontinuerlig tilveiebragt. En elektrolytt var ikke nødvendig for denne test, ettersom bakteriene var spredt i en isotonisk oppløsning.

Prøveoppløsningen ble analysert før og etter behandling ved bruk av konvensjonelle bakterietellingsteknikker. Resultatene av denne analyse sammen med reaksjonstiden og temperaturen for hver test er gitt i tabell 6. I tabell 6 represen-terer en "telling" antallet av levedyktige (dvs. levende) bakterieceller pr. milliliter av oppløst kultur.

Slik det er åpenbart fra tabell 6, var den foreliggende prosess i stand til fullstendig å ødelegge begge typer av bakterier.

Furanprøveoppløsning

Eksempel 6 ( eksperimenter 1 - 2 )

I dette eksempel ble et antall av tester gjennomført for å Illustrere betydningen av å ha en første elektrode adskilt fra og i det minste omgivende en andre elektrode. Fortrinns vis er nevnte første (fortrinnsvis katoden) og den andre (fortrinnsvis anoden) elektroden i en koaksial anordning (fig.1-3). Ved en slik løsning kan avstanden mellom de to elektrodene representeres ved forholdet mellom den ringfor-mede katodens innerdiameter og diameteren av den sylindriske anoden. For dette eksempel er således bestemte variabler blitt definert som følger:

En masseprøve av rå-spillvann ble oppnådd fra en stor tremasse og papirprodusent. Et antall av eksperimenter ble gjennomført i henhold til den følgende generelle prosedyre. For å iverksette hvert eksperiment, ble 1000 ml av rå-spillvann innført i en elektrolytisk celle omfattende en anode og en katode. Den nøyaktige anordning og konstruksjon av anoden og katoden ble variert og dette vil bli beskrevet i detalj i det etterfølgende. Elektrolyse ble gjennomført ved en temperatur lik 20°C i 10 minutter. Omrøring av spillvannet ble gjennomført kontinuerlig. Den anvendte elektrolytt var kalsiumklorid (0,5 g). Effekttilførselen som ble anvendt var i stand til å gi 12 volt/6 amp. Ved slutten av testperioden ble det behandlede spillvann filtrert og filtratet derfra ble analysert ved bruk av konvensjonelle analytiske teknikker som beskrevet i eksempel 1.

Eksperiment 1

Elektrodene som ble anvendt i dette eksperiment ble anordnet på den måte som er vist i fig. 1-3 her. Anoden var således en massiv stav anbragt koaksialt med den sylindriske katoden. Både anoden og katoden ble konstruert av AISI type 304 rustfritt stål.

Verdien R for anoden og katoden ble variert i henhold til tabell 7. I tabell 7 ble d2holdt konstant på 2,224 cm. Avstanden mellom elektrodene (og således R) ble endret ved å endre d^.

Resultatene av dette eksperiment er gitt i tabell 8 hvor samtlige enheter i er ppm.

Fra dataene I tabell 8 kan det lett forstås at reduksjonen i eller vedlikeholdet av konsentrasjonen av de følgende typer er foretrukket ved relativt lave verdier for R (dvs. relativt smal avstand): De eneste elementer i tabell 8 som ikke finnes i denne liste er kalium, kalsium og krom. Således er det foretrukket at R er I området fra ca. 1,10 til ca. 3,50, mer foretrukket fra ca. 1,10 til ca. 1,75, og mest foretrukket fra ca. 1,10 til ca. 1,30.

Eksperiment 2

Testforholdene som ble anvendt i dette eksperiment var identiske med de som er beskrevet i eksperiment 1. I dette eksperiment var imidlertid de anvendte elektroder ikke i en koaksiell anordning. I stedet var anoden og katoden i dette eksperiment i form av flate rektangulære plater i en parallell anordning med hensyn til hverandre. Begge plater ble konstruert av AISI type 304 rustfritt stål. Overflate-arealet av hver side av hver plate var identisk med over-flatearealet av den massive sylindriske anoden (buet overflate) som har en diameter lik 1,27 cm anvendt i eksperiment 1. Følgelig vil det forstås at, ettersom ingen av elektrodene i det minste delvis omgir hverandre, er dette eksperiment utenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse.

I dette eksperiment ble avstanden (W) mellom de parallelle elektrodene variert. Resultatene av de analytiske tester som ble utført på spillvann behandlet i dette eksperiment er gitt i tabell 9. Slik det er åpenbart fra dataene i tabell 9, oppviste prosessen som gjør bruk av parallelle plateelektroder ikke en dominant preferanse for smal eller for bred avstand mellom de parallelle platene sammenlignet med resultatene som oppnås i eksperiment 1 (dvs. høy preferanse for koaksial anordning av elektroder som har smal avstand). Nærmere bestemt foretrekkes reduksjon i konsentrasjon av de følgende typer ved relativt lav avstand mellom platene: mens reduksjon i konsentrasjon av de følgende typer foretrekkes ved relativt høy avstand mellom platene:

I betraktning av det foregående, er der et overraskende, uventet og gunstig resultat oppnådd ved å anvende elektrode-utformingen som er beskrevet i eksperiment 1 i dette eksempel.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for å behandle vann som inneholder forurensninger, der fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) å tilveiebringe en elektrolytisk celle som har en første ytre elektrode med et flertall av perforeringer og en andre, indre koaksielt anbrakt ugjennomtrengelig elektrode, (b) å plassere nevnte første elektrode og nevnte andre elektrode i et relativt tett hosliggende koaksielt forhold i forhold til hverandre for å definere en klar, uhindret kanal derimellom, (c) å innføre en elektrolytt i cellen, (d) å slippe inn vannet som skal behandles inn i den elektrolytiske cellen, (e) å mate vannet som skal behandles gjennom nevnte perfor-eringer inn i nevnte kanal, (f) å utsette nevnte vann som passerer innenfor nevnte kanal for elektrolyse i nevnte celle i naevær av nevnte elektrolytt, (g) å opprettholde forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av nevnte andre elektrode i området fra 1,1 til 3,5 for å utføre en vesentlig reduksjon av forurensninger,karakterisert vedat nevnte kanal er definert utelukkende ved det koaksielle forhold mellom nevnte første elektrode og nevnte andre elektrode, og flyten av vann inn i og ut av kanalen gjennom nevnte perforeringer er utelukkende tverr-strømning til den første elektroden og den andre elektroden.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat den andre elektroden er massiv.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat nevnte første elektrode og nevnte andre elektrode har et i alt vesentlig sirkulært tverrsnitt og at nevnte kanal er ringformet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av nevnte andre elektrode er i området fra 1,1 til 1,75.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av nevnte andre elektrode er i området fra 1,1 til 1,3.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat vannet omfatter som forurensninger minst et element valgt fra gruppen bestående hovedsakelig av gruve-vannavløp, smelteoperasjonsspillvann, elektropletterings-spillvann, tremasse- og papirspillvann, kommunalt kloakk-behandlingsavløp, polyklorerte bifenyler, dioksiner, furaner og polybromerte bifenyler.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter som forurensninger tremasse og papirspillvann.

8. Anordning for å behandle vann for å utføre en vesentlig reduksjon av forurensninger som befinner seg deri, omfattende : (a) en elektrolytisk celle som omfatter en første ytre elektrode som har et flertall av perforeringer og en andre indre koaksielt anbrakt ugjennomtrengelig elektrode, (b) middel som understøtter nevnte elektroder i et relativt tett adskilt hosliggende koaksielt forhold med hensyn til hverandre for å definere en klar, uhindret kanal derimellom som har en dybde i området fra 1,1 til 3,5 som forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av den andre elektroden, (c) middel for å innføre vann som skal behandles inn i cellen, (d) middel for å slippe vann som skal behandles gjennom nevnte perforeringer inn i nevnte kanal for strømning mellom nevnte elektroder, (e) middel for å innføre en elektrolytt i nevnte celle, (f) middel for å tilføre spenning til cellen, og (g) middel for å fjerne vann etter behandling i cellen,karakterisert vedat kanalen er definert utelukkende ved det koaksielle forhold mellom nevnte første elektrode og nevnte andre elektrode, og flyten av vann inn i og ut av kanalen gjennom nevnte perforeringer er utelukkende tverr-strømning til den første elektroden og den andre elektroden.

9. Anordning som angitt i krav 8,karakterisertved at den andre elektroden er massiv.

10. Anordning som angitt i krav 8,karakterisertved at den første elektroden og den andre elektroden har et i alt vesentlig sirkulært tverrsnitt og nevnte kanal er ringformet.

11. Anordning som angitt i krav 8,karakterisertved at forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av nevnte andre elektrode er i området fra 1,1 til 1,75.

12. Anordning som angitt i krav 8,karakterisertved at forholdet mellom diameteren av nevnte første elektrode og diameteren av nevnte andre elektrode er i området fra 1,1 til 1,3.