NO762273L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en elektrolysecelle for behandling, særlig rensing og sterilisering, av vann, og den ved-rører særlig en flerpolet elektrolysecelle som kan benyttes for de forskjelligste behandlingstyper, særlig for rensing og

■ sterilisering av vann,•og som i det vesentlige består av en lukket beholder med en nedre vanninnløpsåpning og en øvre vann-utløpsåpning samt minst to elektroder, som kan forbindes med den positive og den negative pol på en likestrømskilde.

Det er allerede kjent de forskjelligste typer elektrolyseceller for behandling, særlig rensing og sterilisering, av vann. Med disse kjente elektrolyseceller er det mulig å fjerne de i vannet oppløste og suspenderte uønskede forurens-ninger ad elektrolytisk vei ved anvendelse av selvforbrukende eller ikke-selvforbrukende elektroder av jern, aluminium, kobber, sølv, platina, karbon og lignende. Under drift av disse elektrolyseceller inntrer imidlertid problemer, som har de forskjelligste årsaker.

Vanligvis danner det seg under elektrolysen av vann, særlig av hårdt vann, hurtig et kalsiumkarbonatovertrekk på katoden, som forhindrer gjennomgang av den elektriske strøm. Således blir f. eks. anoder av sølv, kobber, jern, aluminium

og lignende under elektrolysen tildekket med oksydfilmover-trekk. Ved anvendelse av aluminiumanoder forhindrer ået dannede aluminiumoksydovertrekk gjennomgang for den elektriske strøm, mens, ved anvendelse av sølv-, jern- og kobberahoder den dannede oksydfilm leder den elektriske strøm godt, slik at me-tallelektroden ikke på den ønskede måte kan forbrukes og metall-ionene kan avgis til vannet. I dette tilfelle blir det ved elektroden frembragt oksygen.

Et annet problem som opptrer i elektrolytiske vann- rensesystemer består deri at vannet vanligvis bare inneholder et meget lite antall ioner og at ved hjelp av platinaanoder det riktignok kan oppnås en oksydasjon, men at .imidlertid oksyda-sjons-reduksjonspotensialet for vannet forblir meget lavt.

Hvis det f, eks. skal frembringes klor, må klorionekonsentrasjo-neni vannet være meget høy, og den vanligvis i ferskvann, særlig drikkevann, tilstedeværende klorionekonsentrasjon er ikke tilstrekkelig til dette.

Den vanlige elektrolytiske metode for klorering av vannet i svømmebassenget består deri å benytte en adskilt celle som inneholder en. høy konsentrasjon koksalt, som ved elektrolysen danner natriumhypoklorid eller klor som tilsettes svømme-bassenget. Teoretisk er det mulig at svømmebassengvannet til-.

.settes-tilstrekkelig koksalt og at dette så direkte elektrolyseres under dannelse av klor. Denne metode har imidlertid den ulempe at et på denne måte behandlet vann smaker saltaktig og at det i -vannet værende kalsium avleirer seg på katodene i en slik grad at den elektriske strøm stoppes. Det er riktignok

mulig å fjerne kalsiumavleiringene på katodene ved egnet ompol-ing,'men det har imidlertid i praksis vist seg at dette bare fører til en øket korrosjon av katodene og problemet forsterkes;

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er derfor å unngå avleiring på elektroden til en elektrolysecelle, hvilken avleiring forhindrer gjennomgangen for den elektriske strøm og forbruket (oppløsningen) av metallelektrodene som er nødvendig for vannrensing.

Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å holde elektrodene til elektrolysecellene under anvendelse av et hvirvelsjikt, henholdsvis et beveget sjikt rent for partikler, som på grunn av sin bevegelse og sitt anslag mot elektrodene stadig mekanisk fjerner de på overflatene til elektodene dannede avleiringer.

Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å bevirke en konsentrasjon av de i vannet værende ioner ved elektrodialyse i en slik grad at disse ioner kan elektrolyseres under dannelse av virksomme oksydasjonsmidler.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å anordne elektrodene slik inne i elektrolysecellen at de blir forbrukt jevnt og radielt (korrodert).

Dessuten er det en hensikt med oppfinnelsen å gjennom-føre en elektrodialyse under anvendelse av et elektrodialysediafragma som omgir anoden og som danner en lukket anodeavdeling i hvilken vannet, strømmer med en meget lav strømningshastighet sammenlignet med hovedstrømmen eller i det hele tatt ikke strøm-mer, og i hvilken avdeling de negative ioner konsentréres...

Det'er dessuten en hensikt med oppfinnelsen å benytte den samme elektriske strøm såvel for konsentrasjonen av ionene som også for gjennomføring av den elektrolytiske'oksydasjon av • de konsentrerte ioner.

De foranstående og ytterligere hensikter oppnås, iføl-ge oppfinnelsen ved anvendelse av en ny og forbedret elektrolysecelle som kan benyttes i vannbehandlingssystemer, særlig -vannrensings-, og steriliseringssystemer, slik de benyttes i de forskjelligste innretninger' i hvilke det er ønsket klart, mykt, sterilt vann, som f. eks. i svømmebassenger, vannverk, klar-ingsanlegg og lignende.

De foranstående og andre hensikter blir ifølge oppfinnelsen oppnådd ved en elektrolysecelle for behandling, særlig for rensing og sterilisering (desinfeksjon! av vann, som i det vesentlige består av en lukket beholder med en nedre innløpsåp-'ning og en øvre utløpsåpning for vann og minst to elektroder, som kan forbindes med den positive og den negative pol til en likestrømskilde, hvilken celle er kjennetegnet ved at det i det indre av beholderen, dvs. elektrolysecellen, er anordnet, f-ritt bevegelige partikler hvis tetthet er høyere enn den for det vann som skal behandles samt innretninger som holder partiklene innenfor beholderen, dvs. innenfor elektrolysecellen, dvs. forhindrer en unnvikelse av disse fra elektrolysecellen.

Ifølge en foretrukket utførelse vedrører oppfinnelsen en elektrolysecelle som inneholder eller består av en sylindrisk beholder med en nedre innløpsåpning og en øvre utløpsåpning for det vann som gjennomstrømmer.cellen, innenfor cellen radielt anordnede katoder og en i sentrum av cellen anordnet anode som er fullstendig omgitt av et porøst elektrodialysediafragma, som danner en lukket anodeavdeling, som har en liten øvre åpning fra hvilken de dannede gasser og væskene som har passert det porøse diafragma kan unnvike.

I nærheten av innløpet og i nærheten av utløpet er det anordnet gittere hvis virkning består deri at en utgang av de inne i cellen anordnede partikler gjennom cellens innløp eller utløp skal forhindres. Disse partikler blir hvirvlet opp av strømningshastigheten for det vann som strømmer gjennom cellen, slik at de opphvirvlede, henholdsvis■i bevegelse satte partikler danner et hvirvelsjikt eller beveget sjikt, hvorved partiklene omgir katodene og på grunn av sin stadige bevegelse holder elektrodene rene ad mekanisk vei. På grunn av den elektriske■potensialdifferanse mellom elektrodene innstiller det seg et konsentrasjonsfall som bevirker at anionene konsen-trerer seg på grunn av elektrodialysen inne i anodeavdelingen. Hvis f. eks. vann som inneholder 3 ppm klorioner elektrolyseres uten. anvendelse av et elektrodialysediafragma fremkommer intet klor, men det blir dannet oksygen ved anoden. Hvis derimot det

■benyttes et diafragma,'stiger klorionekonsentrasjonen innenfor

anodeavdelingen til en slik verdi ved hvilken dannelsen av fritt klor fremkommer. Hvis det ikke er noen klorioner tilstede, blir andre ioner, som f. eks. karbonationer og .sulfationer, som fore-finnes i vannet ved.hjelp av elektrolysen konsentrert inne i

anodeavdelingen og oksydert under dannelse av perkarbonat- pg p.ersulfationer, som likeledes utgjør utmerkede oksydasjonsmidler. På samme måte kan også alle andre i vannet værende organiske syrer oksyderes.

Ifølge en videre foretrukket utforming vedrører oppfinnelsen en elektrolysecelle som omfatter en eventuelt tran-sparent cylinder med en nedre innløpsåpning og en øvre utløps-åpning, hvorved hver av disse åpninger er utstyrt med gittere.

I det indre av sylinderen befinner det seg radieit anordnede elektroder hvis lengde i aksiell retning for sylinderen har omtrent \ 2/3 av lengden til sylinderen og i sentrum av denne sylinder er det anordnet en ringformet, konsentrisk, sylindrisk anodeavdeling som er begrenset av et ytre sylindrisk diafragma og et indre konsentrisk, sylindrisk rør og i hvilken anoden befinner seg. Den ringformede anodeavdeling er lukket ved begge ender og har minst en øvre liten åpning gjennom hvilken de innenfor anodeavdelingen dannede produkter kan unnvike. Den aksielle lengde for anoden, anodeavdelingen og det indre rør er omtrent lik lengden til katodene utenfor anodeavdelingen. Innenfor sylinderen (cellens yttervegg! og utenfor anodeavdelingen er det anordnet et tilstrekkelig antall partikler som er større enn åpningene i gitteret. Disse partikler blir ved hjelp av det gjennom cellen strømmende vann satt i bevegelse, henholdsvis hvirvlet opp og stiger oppover.inne i cellen til det omgir katodene (i katodeavdelingen), slik at disse ved anslag og friksjon fra partiklene blir renset mekanisk. Det øvre frie rom i det indre av cellen tjener som berpligelsesrom for partiklene, slik at når strømningshastigheten for vannet er for høy partiklene ikke rives med og fastholdes ved det øvre gitter. Hensikten med det sentrale rør'(den indre begrensning av den ringformede anodeavdeling). består deri å gi de i katodeavdelingen oppoverførte partikler muligheten til gjennom det indr.e rør igjen å synke nedover slik at de gjennomfører en kretsløp-•bevegelse.

Derved er det fordelaktig at det nedre gitter under den nedre ende av det sentrale rør er lukket i sitt sentrum, dvs. ikke har åpninger.

Videre hensikter, fordeler og foretrukne utførelses-former for oppfinnelsen fremgår av den etterfølgende beskrivelse i hvilken oppfinnelsen forklares nærmere under henvisning til tegningene. Tegningene, hvor det for de samme deler er brukt de samme henvisningstall, viser: fig. 1 en foretrukket utførelsesform for elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 en annen foretrukket utførelsesform for.,

■ .elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 en ytterligere foretrukket utf ørelsesf orm for" elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen, og

fig. 4 en særlig foretrukket utførelsesform for

elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en foretrukket utførelsesform for elektrolysecellen i skjematisk fremstilling, som består av en sylindrisk beholder 1 med et nedre innløp 2 og et øvre utløp 3 for det vann som gjennomstrømmer.cellen og radielt anordnede katoder k' samt en i sentrum aksielt anordnet anode 5, som er fullstendig omgitt av et porøst elektrodialysediafragma 6 som danner en lukket anodeavdeling 7 som har en øvre liten åpning 8, gjennom hvilken de frembragte gasser og væsker som har passert det porøse diafragma 6 kan unnvike. I nærheten av det nedre innløp 2 og i nærheten av det øvre utløp 3 er det anordnet gittere 9, henholdsvis 10 hvis virkning består deri å forhindre at de inne i cellen værende partikler 11 unnviker gjennom innlø-pet 2 eller utløpet 3. fra cellen.

Fig. 2 viser en annen foretrukket utførelsesform for elektrolysecellen, som består av en sylinder 1 med et nedre inn-løp . 2 og et øvre utløp 3, hvorved innløpet 2 og utløpet 3 .er utstyrt med gittere 9.5henholdsvis IQ.' .1 det indre av sylinderen 1 befinner det seg radielt anordnede elektroder (katoder). 4, hvis lengde i aksiell retning for sylinderen 1 er mindre enn den totale lengde for sylinderen (cellen). 1. Den aksielle lengde for anoden 5, anodeavdelingen 7 og det indre rør 12 svarer, omtrent til lengden for katodene 4. Inne i sylinderen 1 befinner det seg tilstrekkelige partikler 11 som er større enn åpningene

.til gitteret 9., 10. Det øvre frie rom ved det indre av cellen 1 tjener som beroligelsesrom 13 for partiklene. Det sentrale

avsnitt 9.' til det nedre gitter 9. har ingen åpninger. Det øvre gitter 10 har såvel.i de horisontale avsnitt som også i de ver-tikale sylindriske avsnitt 1.0' åpninger for oppnåelsen av en større flate.

Fig. 3 viser'en videre foretrukket utførelsesform for elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen, som består av en sylinder med et nedre innløp 2 og et øvre utløp 3, som er utstyrt med gittere 9.? henholdsvis 10. I det indre av sylinderen 1 befinner det seg radielt anordnede alternerende katoder 4 og anoder 5'- I sentrum av cellen 1 befinner det seg et på begge ender åpent rør 12, som har den virkning å lede partiklene 11 nedover. Under røret 12 er det anordnet et gitter .9 hvis sentrale avsnitt 9' er lukket, slik at vannet ikke kan strømme gjennom

og over elektrodene. 4 og 5 ' over røret 12 befinner det seg et beroligelsesrom 13.

Fig. 4 viser en spesielt foretrukket utførelsesform for cellen ifølge oppfinnelsen som har en ytre omgåelsesledning

15 som er forbundet med innløpet 2 og utløpet 3 til cellen 1.

I omgåelsesledningen 15 er det anordnet en pumpe 14 som har til oppgave å føre vannet gjennom omgåelsesledningen 15 og cellen 1 i kretsløp for å oppnå en slik strømningshastighet at det er tilstrekkelig til å sette partiklene inne i cellen i bevegelse og rive dem med. Dessuten har omgåelsesledningen 15 et innløp 16 for det vann som skal behandles og et utløp 17 for det be-handlede vann.

Man kommer til en ytterligere foretrukket utførelses-form for oppfinnelsen hvis man i den på fig. 1 viste utførelses-form utelater elektrodialysediafragmanet. 6•og benytter en anode 5 som består av et korroderbart metall.

Det er også mulig ved de på fig. 2-4 viste utførelsesf ormer inne i røret 12 å .anordne en på egnet måte drevet turbin' eller, propell (ikke vist), for å oppnå en ekstra (tvunget) tilbakestrømning som sikrer en tilstrekkelig kontakttid mellom partiklene' 11 og elektrodene 4, 5'.

Ved de på fig. 1-4 viste utførelsesformer er det også mulig og fordelaktig mellom de radielt anordnede elektroder 4 eller 4, 5' og yttersylinderen 1 å anordne et ekstra ytre rør

(ikke vist). Avstanden mellom dette rør og den ytre sylinder 1 må være tilstrekkelig stor slik at partiklene 11 kan synke fritt nedover i dette mellomrom. Åpningene i det nedre gitter 9_ er i dette tilfelle lukket langs den ytre kant av gitteret 9 minst til en slik bredde at den svarer til avstanden mellom det ytre rør og sylinderen 1.

For oppbyggingen av elektrolysecellen slik den er vist på fig. 1 og 2 kan det f. eks. benyttes følgende materiale: Anodene består fortrinnsvis av platinert titan eller platinert niob i form av et gitter (f. eks. av strekkmetall), men de kan også bestå av et hvilket som helst annet metall fra gruppen platinametaller som er bestandige mot korrosjon eller av grafitt eller karbon eller et metalloksyd. Anodene kan være massive eller ha form av et gitter (strekkmetall).. De forbruk-bare (korroderbare}. anoder ifølge fig. 3 og 4 består fortrinnsvis av metaller, slik de vanligvis benyttes for behandling av vann, f. eks. av aluminium, jern og kobber, som i vannbehand-lingsmetoden bevirker en utflokking, eller av metaller som sølv og kobber, som avgir oligodynamisk desinfiserende ioner til det vann som skal behandles.

Katodene kan bestå av et egnet vilkårlig elektrisk ledende materiale, fortrinnsvis av metaller, som rustfritt stål, kobber og lignende.

Eksempler for materialer som.er egnet for fremstilling av sylinderen, innløpet, utløpet, gitteret, rørene og bærer-ne er kunststoffer, porselen, glass,.hårdgummi, betong eller et metall, hvorved sistnevnte samtidg kan virke som katode.

Elektrodial<y>sediaf ragmaet kan f. eks. bestå av'porøst porselen, mikroporøse kunststoffer som polyolefiner, polyvinyl-klorid, cellulosenitrat og ioneutvekslerharpikser. Hvis det porøse diafragma er mekanisk ømfintlig mot anslag fra partikler, kan det være avskjermet (beskyttet), med et beskyttelsesgitter av et elektrisk ikke-ledende materiale, såsom kunststoff.

Ved partiklene inne i elektrolysecellen kan det dreie seg bm kuler av porselen, hårde kunststoffer, sten, glass, alu-miniumoksyd eller en egnet annen hård materialtype, hvis tetthet må være, større enn tettheten for det vann som skal . behandles.

Naturligvis må partiklene være større enn åpningene til gitteret som skal holde dem tilbake i elektrolysecellen.

Oppfinnelsen er ovenfor riktignok forklart under henvisning til foretrukne .utførelsesformer, men det er klart for fagmannen at oppfinnelsen ikke er begrenset til disse eksempler,

men at den kan modifiseres innenfor mange forskjellige måter

innenfor oppfinnelsens ramme. Således behøver cellene ikke nød-vendigvis f. eks. å ha sylindrisk tverrsnitt, men de kan også

være elliptiske, heksagonale eller lignende. Den lukkede gitter-flate kan ha de forskjelligste former alt etter strømningsmønster som er nøvendig inne i cellen. Det er også f. eks. mulig å kom-binere den sentrale anode med ekstra, radielt anordnede anoder av det samme eller et annet metall med eller uten et i sentrum

anordnet eller utvendig ved sylinderveggen anordnet tilbakestrøm-ningsrør eller benytte en vilkårlig annen kombinasjon herav.

Claims (8)

1. Elektrolysecelle for behandling av vann, bestående av en lukket beholder med en nedre innløpsåpning og en øvre utløps-åpning for vannet samt elektroder som kan forbindes med den positive pol og den negative pol til en likestrømskilde,karakterisert vedi det indre av beholderen (1) anordnede, fritt bevegelige partikler (111, hvis tetthet er større enn den for det vann som skal behandles, samt innretninger (9, 10) til forhindring av utgangen av partiklene (11) fra beholderen (1).

2. Elektrolysecelle ifølge krav 1,karakterisert veden i det indre av beholderen (1) anordnet, av et elektrodialys ediafragma (6) begrenset,,lukket anodeavdeling (71, med en deri anordnet anode (5). som oventil er utstyrt med

en liten :åpning (8)_. samt minst' en utenfor anodeavdelingen'' (7).. anordnet katode, . '

3. Elektrolysecelle ifølge krav 1 eller 2, karakt e-r i s e r' t ved i det indre av beholderen (1). radielt anordnede elektroder (4, 5 ' )_•

4. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1 - 3,karakterisert vedet i det indre av beholderen (1)_ mellom et over innløpsåpningen (21 anbragt gitter (9) og et foran utløpsåpningen (-31 anbragt gitter (101 anordnet, ved begge ender

.åpent rør (12).., hvis nedre ende befinner seg i en avstand over et lukket avsnitt.(9'1 til det nedre gitter (9) og hvis øvre ende har en avstand i forhold til det øvre gitter (10), hvorved avstandene til røret (121. fra gitrene '(9. og 101 ér større enn den største diameter for partiklene (11). '

5. Elektrolysecelle ifølge krav 4,karakterisert vedat avstanden (131 mellom den øvre ende av røret (12) og det øvre gitter (101 er minst ca. 10 % av rørets (12) lengde.

6. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1-5,karakterisert veden i det indre av røret (15). anordnet propell.

7. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1-5,karakterisert veden omgåelsesledning (15) utenfor beholderen (1)_. som er forbundet med utløpet (3). og innløpet (21 til beholderen (li og i hvilket det er anordnet en pumpe (141.

8. Elektrolysecelle ifølge ett av kravene 1 - 7,karakterisert ved. at beholderen (1) er sylindrisk og at det.i det indre av den sylindriske beholder (1) befinner seg en sentralt og aksielt anordnet, ringformet lukket anodeavdeling (7 som er begrenset av et indre oventil og nedentil åpent rør (121 og et ytre, konsentrisk elektrodialysediafragma (6). og i hvis innerrom anoden (5). er anordnet og at den oventil har en liten åpning (81.