SE441087B - Elektrokemisk cell for rening av en vetska - Google Patents

Description

80006 98- 4 10 15 20 25 30 35 2 i sádanapparat ge upphov till problem med cellens drift och underhåll.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en ny och förbättrad elektrokemisk cell för var att med hjälp av förbrukbara elektroder på elektrokemisk väg befria joniserande medier för förorenande joner. Ett mera speciellt syfte med uppfinningen är att åstadkomma en dylik cell, som dessutom medför ett effektivt avlägsnande av material som har fastnat mellan eller avsatt sig på elektrodytorna.

Ett annat speciellt syfte är att åstadkomma en cell av angivet slag, vid vilken de yttre elektroderna, mellan vil- ka elektrisk spänning anslutes i en stapel av nära varandra placerade elektroder, är skyddade mot flödesfälteffekter.

Ytterligare ett syfte är att åstadkomma en dylik cell med relativt jämn upplösning eller erodering av elektrod- ytorna. Ännu ett syfte är att åstadkomma en dylik cell som är effektiv och ekonomisk i drift.

Enligt uppfinningen föreslås en elektrokemisk cell för rening av ett joniserande medium från förorenande joner, varvid det bildas en olöslig förening eller ett olösligt komplex av den förorenande jonen, med användning av förbrukbara elektroder, t.ex. en anod av järn, järnlege- ring eller en olöslig järnförening. Elektroderna behandlas med lämpliga intervall med en sur lösning för avlägsnande av ämnen, som eventuellt avsatt sig på eller samlat sig mellan elektrodytorna. En stapel av med mycket små inbördes avstånd fördelade, i huvudsak parallella elektrodplattor innefattar ett par ändelektroder, mellan vilka en elektrisk spänning anslutes, och en elektrod belägen närmast åtmin- stone den ena ändelektroden är så placerad, att den skyddar denna ändelektrod mot flödesfälteffekter, såsom närmare anges i krav 1.

Uppfinningen beskrivs närmare i anslutning till bi- fogade ritningar.

Fig. 1 är en schematisk vy av en apparat för rnnínu av vätskor och åskådliggör apparaten i en viss arbets- fas. och åskådlig- Fig. 2 är ett schema liknande fig. 1 gör apparaten i en annan arbetsfas. 10 15 20 25 30 35 aooosae-4 Pig. 3 är ett schema liknande lig. 1 och åskådliggör apparaten i en tredje arbetsfas.

Pig. H är ett schema liknande fig. 1 och åskådliggör apparaten i en fjärde arbetsfas.

Pig. 5 visar ett vertikalsnitt längs linjen 5 - 5 i fig. 1 och åskådliggör en elektrolyscell enligt uppfinningen.

Pig. B visar ett vertikalsnitt längs linjen 6 - 6_i fig. 5.

Pig. 7 visar ett tvärsnitt längs linjen 7 - 7 i fig.6.

Pig. 8 visar i större skala och i snitt en del av . cellen enligt uppfinningen.

En anläggning för elektrokemisk rening av joniseran- de medier med förfarandet enligt uppfinningen är åskådlig- gjord i fig. 1. En utförlig beskrivning av ett elektrokaniskt förfarande och en apparat, på vilka föreliggande uppfinning kan tillämpas, finns i kanadensiska patentansökan 188 657 av den 29 dec. 1973. Det däri angivna förfarandet tjänar till att ur ett joniserande medium avlägsna en förorenande jon med förmåga att bilda en olöslig järnförening eller ett olös- ligt järnkomplex. Förfarandet består_i att leda en elektrisk ström mellan en anod, som har en yta eller ett ytparti be- stående av järn, en järnlegering eller en olöslig järnför- ening, och en katod genom det joniserande mediet, som inne- håller den jon som skall avlägsnas, så att det vid anoden bildas en olöslig järnförening eller ett olösligt järnkomp- lex och vid katoden uppstår en reaktion med den förorenande jonen under bildning av olösliga produkter, och att avskilja detta olösliga material från det joniserande mediet. I sär- skilt lämpliga utföringsformer av förfarandet omvandlas det förorenande ämnet, som ursprungligen är giftigt, till en ogiftig eller mindre giftig form, vari det är olösligt och avlägsnas. Exempelvis omvandlas sexvärt krom i form av ett kromat eller dikromat till den mindre giftiga trevärda for- men, vilken bildar olösliga komplex och avlägsnas såsom ett' järnkomplex.

In-n i lig. 'l vifmqlg.|nl.'i_l{;1ning-an innr-.fari-n- ett par elektrolyriska celler ll och 12, vilka till sin konstruk- tion och funktion är identiskt lika. För vissa användnings- ändamâl kan det emellerxid vara önskvärt med celler av W ...__-___-_-,-._...._.,.__.- _ ___, 800-069-8-4 (fl 10 15 20 25 30 35 _.,..-v-........ , inbördes olika storlek e11er kapacitet. Varje cell 10, 12 har anoder av järn, t.ex. av varm- eller kallvalsat stål eller rostfritt stål, en järnlegering eller en wlöslig järnföreníng, t.ex. järnoxid eller magnetit, samt katoder, vilka företrädesvis också består av järn, men kan bestå av annat lämpligt elektrodmaterial, som är kombinerbart med anoden och elektrolyten. Elektrisk spänning påläggs anoder- na och katoderna på i det följande beskrivet sätt.

Den vätska, som skall behandlas, t.ex.-en avlopps- vätska, exempelvis tryckvatten från ett kyltorn, tillföres anläggningen genom en ledning 10, som är ansluten till cel- lens 10 inlopp 18. Cellens 10 utlopp 18 står genom en led- ning 20 i förbindelse med cellens 12 inlopp 22. Cellens 12 utlopp 24 står genom en ledning 26, en ventil 27 och en led- ning 28 i förbindelse med en lämplig anordning för hante- ring av behandlingsvätskans fasta beståndsdelar. Den sist- nämnda anordningen kan innefatta exempelvis en vanlig klarningsbassäng, ett filter, en klarare med lutande rör, en plattklarare eller en damm för avskiljande av klarad vätska från slammet, som kan underkastas förbränning, tork- ning i slambäddar, centrifugering eller vakuumfiltrering.

En likspänningskälla 30 är genom ledningar 32, 3? ansluten till cellen 10 och genom ledningar 30, 35 till cellen 12.

Spänníngskällan 30 matas genom ett par ledningar 36, 37.

Såsom antydes med brutna linjer i fig. 1, strömmar den från ledningen 1% kommande vätskan under anläggningens arbete in i cellen 10 genom inloppet 16 i dennas övre del och därefter nedåt genom en ringformig kanal till cellens bottenområde, varifrån vätskan strömmar uppåt genom ett paket av med ringa inbördes avstånd placerade vertikala elektródplattor, varefter vätskan lämnar cellen genom ut- loppet 18 i dennas övre del. Vätskan strömmar därefter ge- nom ledningen 20 in i inloppet 22 i cellens 12 övre del och däri först nedåt och sedan uppåt genom ett paket av med ringa inbördes avstånd placerade vertikala elektrod- plattor på samma sätt sem i cellen 10. Vüfnkan 1ümnar~ccllen 12 genom dennas utlopp L". Den elektriska ström, som går genom varje cell, specitllt mellan dennas anoder octxkatoder 10 15 20 30 35 s, 8000698-4 och genom det joniserande medium, som innehåller den jon som skall avlägsnas, framkallmihildning av enolüslig järn- förening eller ett olösligt jürnkomplex med den förorenan- de jonen. Närmare bestämt bildas vätgas och hydroxidjon vid katoden under strömgenomgången, samtidigt som järn vid anoden oxideras till ferrojon. Den vid anoden bildade ferro- jonen och den vid katoden bildade hydroxidjonen diffunderar ut i lösningen samt omsdttes till ferrohydroxid. Ferro- hydroxiden reducerar den förorenande jonen och bildar med denna en olöslig järnförening eller ett olösligt järnkomp- lex. Vätgasen släppes ut i fria luften genom en lämplig (ej visad) säkerhetsventil i cellens övre ände.

Den förorening, som skall göras olöslig genom den beskrivna reaktionen, kan förekomma i olika vätskeformiga medier, vari jonreaktioner kan uppträda. Föroreningen är i allmänhet närmelsevis eller helt löst i detta medium, och icke störande lösningsmedel, lösta ämnen och suspenderade ämnen kan närvara. Anodernas aktiva ytor består åtminstone partiellt av ett material, som avger järn till det jonise- rande mediet under den elektriska strömmens inverkan. Van- ligen består minst 50 %, företrädesvis över 90 à av elektrod- ytan, helst hela elektroden, av sådant material. Blandningar av järn, järnlegeringar och olösliga jürnföreningar kan an- vänd s. Katoderna består företrädesvis också av järn. Eme- dan katoden är relativt inert med avseende på avlägsnande av förorenande joner ur det joniserande mediet, är katod- materialets art emellertid ingen kritisk faktor. Detta mate- rial måste dock vara kombinerbart med anoden och elektro-~ lyten och får icke störa insolubiliseringen (olösliggörandet) av den lösliga förorening som skall avlägsnas. I allmänhet uppgår mängden föroreningar i det joniserande mediet till mindre än 1 %, ehuru den ibland kan vara upp till 15 %.

Normalt torde föroreningens begynnelsekoncentration vara minst 0,000 03 %, i de flesta fall mellan 0,0001 och 0,5 %, vanligen mellan 0,0002 och 0,05 %. Strömtätheten ligger inom området från 5,0 till 500 A/m2. Vätnlann pH hñllen inom <\1n1f<"uic_:f; frÄin ca H |íll 11, l'í3r(-:tr-¿ïd<=.:.ví:; íf-fln ß till 10. Uppehållstiden i apy raten, bestämd genom elektricitete- flödet, kan vara från 0,n01 min och upp till 1 timme, men 10 15 20 30 35 8600698-4 b normalt kräves minst 5 - 6 s. En utförligare beskrivning av den i det föregående Bngivna reaktionen finnes i kana- densiska patentansökan 188 557.

Vid användning av kall- och varmvalsade stålanoder för den elektrokemiska genereringen av järnhaltiga ämnen medelst de i det föregående beskrivna reaktionerna i an- läggningar av industriell skala uppträder ofta den svårig- heten, att det bildas häftande gelatinösa fällningar av hydratiserade oxider, som kan orsaka igensättning av genom- strömningskanaler i apparaten, särskilt av kanalerna mellan de med ringa inbördes avstånd anordnade elektrodplattorna.

En annan svårighet är att det bildas ett skikt av olöslig isolerande järnoxid på elektrodytan, ofta under de gelatin- ösa fällningarna, vilket kan ge upphov till höga överspän- ningar och syrebildning vid anoden.

Enligt föreliggande uppfinning föreslås den ytterli- gare åtgärden, att man behandlar elektrnderna med en syra- lösning för att avlägsna sådana ämnen som kan ha avsatt sig på elektredyterna eller fastnat mellan dessa, varvid denna behandling upprepas med jämna tidsintervall. Såsom visas i fig. 1, innefattar anläggningen enligt uppfinningen en tank H0 för syralösning. Tanken H0 kan genom en ledning H2, en ventil HH och en ledning H6 sättas i förbindelse med ett andra utlopp H8 från cellen 10. Utluppet 48 är beläget nära cellens 10 botten. Genom en ledning 50, vars ena ände är an- sluten till ett bottenutlopp 52 från cellen 12 och vars and- ra ände är kopplad till ledningen H6, kan tanken H0 också sättas i förbindelse med cellen 12. Anläggningen innefattar vidare en pump 56, vars ena sida genom en ledning 58 och ventilen HH står i förbindelse med ledningarna H2 och H6.

Pumpens 55 andra sida kan genom en ledning 60 och en ventil 62 sättas i förbindelse med ledningar bh och BB. Ledningen 66 är ansluten till ledningen 1H och ledningen än är kopplad till en ventil 68. Ventílen G8 är i sin tur inkopplad mellan ett par ledningar 70 och 72. Ledningen 70 är ansluten till anläggningens utloppsledning 28, och ledningen 72 är kopp- lad till tanken H0. En ledning 7H har sin ena ände ansluten till ledningen 72 och den andra till ventilen 27, som för- binder ledningarna 26 ofh 28 med varandra. .4 10 15 20 30 35 1 3000698-4 Enligt ett typiskt och särskilt iördelaltigt drift- prwgram kan cellerna konïinuerligt behandla från ledningen 10 tillförd vätska under ungefär ett dygn. Därunder arbetar icke pumpen 55 och är ventilerna HH, 6? och 68 så inställda, att strömningen sker enligt det i fig. 1 antydda strömnings- Kschemat, sa att ventilen 27 släpper igenom vätska från led- ningen 20 till ledningen 28. En i ledningen 50 inkopplad backventil 78 hindrar strömning av vätska från cellens 10 elektrodplattor genom ledningen 50. Efter ett dygns drift drives syralösning från tanken H0 genom cellerna 10 och 12 på följande sätt. Först avstänges vätsketillförseln genom ledningen is, t.ex. medelst en (ej visad) avstängningsven- til i ledningen 1H uppströms om ledningen 56, och den i cellerna 10, 12 kvarvarande vätskan tappas ur. Detta åstad- kommes genom att pumpen 56 drives med ventilen 27 inställd så, att den avstänger förbindelsen mellan ledningarna 26 och 28 samt till ledningen 7U, med ventilen H4 inställd så, att den förbinder endast ledningarna H0 och 58 med varandra, med ventilen 62 inställd så, att den förhinder endast led- ningarna 60 och BW med varandra och med ventilen 68 inställd så, att den förbinder endast ledningarna BH och 70 med var- andra, såsnm visas i fig. 2. Vätskan i cellerna 10, 12 suges sålunda av pumpen 56 ut ur dessa och in i ledningarna 50 och H6 samt tryckes genom ledningen 60 samt genom ventilen 68 och ledningen 70 till utloppsledningen 28, såsom anty- des med brutna linjer i tig. 2. Sedan åtminstone i huvud- sak all vätska har tappats ut ur cellerna 10, 2, drives den i tanken H0 förvarade syralösningen genom cellerna 10« och 12 i serie samt återföres till tanken M0, vilket går till på füljande sätt. Pumpen drives med ventilen HU så i.n:=L¿-.i.l..i_ med varandra, med ventilen GX inställd så att den förbin- der endast ledningarna 00 och 00 med varandra, med ventilen 27 inställd så att den förbinder endast ledningarna 26 och 70 med varandra och med ventilen 58 stängd, såsom visas i fig. 3. ßyralösningen suges av pumpen 50 från tanken H0 och tryckes genom cellevna 10, 12 i serie samt återföres till tanken H0, såsom antydes brutna linjer i fig. 3. 10 20 25 30 35 8ÜÛÛ-Û698~'4 a Syralösningen från tanken HU pumpas företrädesvis genom cellerna 10, 12 under en tid av mellan ca 5 och ca sig ge tillfredsställande resultat. Flödet måste vara tillräck- 10 minuter. Ett flöde av ca 100 l/min har visat ligt för att de gelatinösa fällningarna och oxidskikten skall lösas och det lösgjorda materialet eller slammet drivas ut ur cellerna, d.v.s. tillräckligt för att den av- sedda mekaniska tvättverkan skall ernås. En vattenlösning med ca 3 till ca 5 % koncentration av teknisk saltsyra har befunnits effektivt avlägsna järnoxidskiktet och de gela- tinösa fällningarna utan att samtidigt lösa eller på an- nat sätt skada elektrodplattorna. Man kan givetvis också använda andra syror, som fyller detta krav. Företrädesvis drivs syralösningen genom cellerna 10, 12 utan att dessa tillföres någon elektrisk energi, men tvättningen kan genomföras på kortare tid, om elektrisk energi tillföres.

Goda resultat har erhållits genom att den beskrivna tvätt- ningen utförts en gång per dygn, men det kan förekomma situationer, där en större elström användes under behand- lingen,varvid'det.kan bli nödvändigt att genomföra syra- tvättningen enligt uppfinningen oftare än en gånn per dygn.

Sedan varje tvättning har genomförts, avlägsnas syralös- ningen ur cellerna 10,,l2 och återföres till tanken H0.

Detta utföres genom att pumpen 55 drives med ventilen HH inställd så att den förbinder endast ledningarna HB och 58 med varandra, med ventilen 52 inställd så att den förbin- der endast ledníngarna 60 och BH med varandra, med ventilen 68 inställd så, att den förbinder endast ledningarna 8H och 72 med varandra, samt med ventilen 27 helt stängd, såsom visas i fig. H. Syralösningen i cellerna 10, 12 strömmar således från cellerna 10, 12 genom ledningarna 50 och H5 och genom lethtínyfarna S14 och '12 till tsml-:en Nu, sålsorrx an- tydes med brutna linjer i fig. H. Därefter är apparaten klar för en ny period med behandling av vätska, som till- föres genom ínloppsledninàen ln.

Yörvarade lösningen kan poriodinkt Den i tanken H0 förnyas med mera syra, =eh vid en lämplig senare tidpunkt avtapnas den begagnade išsningen ur tanken H0 och ersattes med frisk lösning. Den lvtappade lösningen har en 01 10 15 20 30 35 9 80006934 syrak~neeniration sem är mindre än THZ den fan helt enkelt släppa; ul i ett avlopp, eller ocknfl kan den lagras i dam- mar eller tankar och periodiskt neutraliseran. I vilket fall sem helst är lösningen i tanken UU så beskaffad, att dess hantering och oskadliggörande icke är förenade med några allvarliga problem. I ett lämpligt utförande av upp- finningen l-:fies 'tankens HG inneLhåll, en gåxifi per in-"xnad och före det vifta belirzrnllingsdygjinrt ut i den luehandlatle av- loppsvätslan och slüppes ut i utrustningen för hantering av fast material och för dessas avlägsnande och slutliga om- händertagande. Detta utföres genom en lämplig inställning av ventilerna och drivning av pumpen BU, så att denna suger ut lösning ur tanken H0 och driver den genem ledning- en öfl, ventilen 68 och ledningen 70 till utloppsledningen 28. Tanken H0 är också försedd med ett vanligt, med av- stängningsventil försett tapprör 79.

Tack vare förfarandet enligt uppfinningen kan celler- na 10 och 1? arbeta vid de ursprungliga elektriska spän- nings- och strömvärdena. Tidigare har på elektrndytorna bildade beläggningar krävt en ökning av arhetsspänningen för att en given ström skall kunna upprätthållas. När järn- oxidskiktet avlägsnas från elektrodplattorna med förfaran- det enligt föreliggande_uppfinning, behöver man inte öka arbetsspänningen för att kunna bibehålla en och samma ström.

Förfarandet enligt uppfinningen eliminerar således uppträ- dandet av sådana stora spanningsökningar över celler av ifrågavarande IVP; som eljest kan inträffa efter ca H0 tim- mars drift uch leda till att den effektiva genereringen av ferroföreningar vid anoden upphör. Genvm elektrodernas be- handling med syralösning enligt föreliggande uppfinning av- ]_.'i5_§sn¿1:; öt-l-xinïi allt hüizrnrnarnlr: .vnat:erial. fmm I~_.|n ifïlja Inc-d den 'tJÜllfrïr-da av_l-'»ppf;v¿ilsl-.an in i L:«:l__lffrn.1 uch fmizilaf; där. Genuin att tillämpa tvättning under syracirkulation kan man hålla varje elehtrokemisk cell i en anläggning av avsedd typ i drift Omkring 99 % av dy¿net och utnyttja järnelektröderna i varje cell till minst 75 %. förfarandet enligt uppfinning- en har visserligen här illustrcrats genom ett system med två valettr-.rlyseeller- iU ch 12, men ti<'31-laran 10 15 20 25 30 35 3-0 00698--4 m lika väl tillämpligt på en anläggning med endast en cell eller med tre eller vilket annat antal celler sfm helst. lig. 5 - 8 visar ën'elektrnlvscell enligt uppfinning- en, t.ex. den i fig 1 scnematiskt visade cellen 12. Cellen innefattar ett hölje av elektriskt isolerande och kemiskt inert material, t.ex. ett lämpligt plastmaterial, exempel- vis polyvinylklorid, eventuellt glasfiberarmerat. Höljet består av fyra huvuddelar, nämligen en i huvudsak skålfor- mig bottendel 90, en i huvudsak cylindrisk manteldel 92, vars nedre ände är inpassad i bottendelen 90, en i huvud- sak skälfermig övre del 94, som är fastsatt på mantelns 92 överkant, och ett lock 96, som är fastsatt på den övre de- len QU. Hanteln 92 är försedd med en öppning för infästning av en rörstuts 98, som bildar inloppet 22, och manteln 02 och bottendelen 90 är försedda med motsvarande öppningar för infästning av en rörstuts 100, som bildar.utloppet 52 vid cellens botten. På liknande sätt är den övre delen 90 försedd med en öppning för infästning av en rörstuts 102, som bildar utloppet 2H. Sedan cellen har monterats, slutes den med lwcket 96,_som ansluten till en ringfnrnïg kopp- lingsfläns 104 på den övre delen SH medelst lämpliga fäst- don 106 den med en tätande packning 108 mellan locket och flänsen. Den övre delen QH har en i huvudsak plan bottendel 110, som är försedd med en i huvudsak kvadratisk central öppning begränsad av nedâtriktade motstående väggpartier 112 - 115. I en sammansatt cell är i användningsläget hus- delens 90 botten 110 närmelsevis horisontell, då den exem- pelvis genom limning är fastsatt på manteldelens 92 över-_ kant.

Cellen enligt uppfinningen innefattar vidare en ram eller hållare 118 för bärande av flera plana elektroder i inbördes parallellt läge och med ringa avstånd från var- andra i cellhöljet. Ramen eller hållaren 118 är ihåligt _ parallellepipedisk med i föreliggande fall kvadratiskt tvärsnitt och har fyra sidoväggar 119 - 122. Dessa väggar består av kemiskt inert och elektriskt isolerande material, t.ex. ett lämpligt plastmaterial, exempelvis polyvinylklorid, som kan vara glasfihera1mcrad. Väggarna 113 - 122 är 10 15 20 25 30 35 8000698-4 företräde vis på lämplirt Sätt hoplimmade längs kanterna, så att ramen eller hållaren erhåller den angivna formen av en ihålig parallellepiped,'men hållaren 118 skulle också kunna vara formad i ett enda stycke. Ltt par motstående väggar har längsgående, tätt fördelade parallella spår, som är vända mot hällarens 118 inre, och dessa spår är be- lägna parvis mitt för varandra i dessa hållarväggar. Hålla- ren 118 med de däri insatta elektroderna är inskjuten i cellens övre del (fig. 5 och 6), där den med relativt ringa spel omslutes av väggpartierna 112 - 1 5 kring den kvadra- tiska öppningen i den övre celldelens QH hotten, så att den hålles på plats däri. Hållaren och elektrodplattorna är nära cellens botten fasthållna medelst en stödanordning. Ett par i huvudsak parallella stödskenor 12b, 128 är fastsatta på cellens botten i ett mot elektrodplattornas plan i huvudsak vinkelrätt läge. Således vilar hållaren jämte-elektroderna på stödskenornas överkanter, så att ett fritt utrymme för vätskeströmning bildas mellan elektrodplattornas underkan- ter och cellens botten. Stödskenorna hålles på plats av ett par vinkels ma och på lämpligt sätt monterade på hortendelens 90 översida.

Flera elektrodplattor är placerade i hållaren 118, i vilken de hålles fast i parallellt vertikalläge med ringa inbördes avstånd. Såsom visas i lig. 5, sträcker sig plat- torna över hållarens hela vertikala längd och har en något större total längd än hållaren. Plattorna har alla samma totala längd, med undantag av fyra plattor, som är längre för ett i det följande närmare beskrivet ändamål. I före-. liggande fall är antalet plattor sammanlagt fjorton, men deras antal kan i verkligheten vara mindre eller större än så, beroende på de avsedda drífthetinnelsorna. he yttersta äntkelekt'r~ tet har ndlunda något större längd än de Üvriga, så att de har överskjutande partier 138, WHO för att underlätta elek- trisk anslutníng till plittaggregatet. Såsom framgår tyd- ligast av fig. 8, går en elektriskt lvdunde gängad stång eller bult 1H2 genom en ïppning, som är anordnad i ändelek- trodcns |šH utskiutande iörlännninnndel 138. Hultens TH? 5 .D 10 (3 15 20 å 25 6 30 35 8000698-4 12 inre ände är fast förbunden med denna medelst en anordning av ledande låsbrickor 1uu och muttrar 1H6. Bultens andra, yttre ände är fast förbunden med väggen SU medelst en an- ordning av gummiringar 1U8 och på bulten skruvade muttrar 150. Elledningen 3H är ansluten till bultens 1U3 yttre änd- parti och fasthålles på detta av en hylsa 152, som är skru- vad på bulten och ansatt mot den utanför väggen SH befint- liga muttern 150. Förbindningen skyddas av en isolerande kåpa 15H av i huvudsak halvsfärisk form, vars.kant hâlles ansatt mot utsidan av väggen 9%. Ett fästdon 155 av isoler- material sträcker sig genom en öppning i kåpans 15% yttre ände och är inskruvad i hylsans 152 yttre ände för att hålla skyddskåpan 15H på plats. En likadan anordning finns för att ansluta elledningen 35 genom en bult till den uppskju- tande förlängningsdelen 140 av den yttre elektroden 135 vid den motsatta sidan av elektrodpaketet eller -serien¿ Varje cell i systemet är försedd med anordningar liknande de här beskrivna.

I elektrolyscellen enligt uppfinningen lägges en elektrisk spänning direkt från spänningskällan 30 mellan enbart de båda yttre ändelektroderna 13k och 135. Beroende på de påtryckta spänningarnas polaritet fungerar den ena av ändelektroderna som anod och den andra som katod. El- spänning påtryckes därvid de mellanliggande övriga elek- troderna 158 genom induktion. Om exempelvis vid den i fig.5 visade elektrodanordningen ledningen 3H antas ha positiv potential och ledningen 35 en i förhållande till denna nega- tiv potential, inducerar de flödeslinjer, som härrör från ändelektroden 134, negativa laddningar på den yta av den närmaste elektroden 158, som är vänd mot ändelektroden 13u, och bringar denna i sin tur positiva laddningar att uppstå på denna oiektrods 158 motsatta yta. Den induktíva effek- ten fortskrider på detta sätt genom de följande elektro- derna 158 i plattsatsen, så att det uppstår negativa ladd- ningar på den enligt fig. 5 vänstra ytan av varje elektrod 158 i platrsatsen och positiva laddníngnr på den högra ni- hfln dïrvllu auwin!~ dun av varifl vlvllrod i plnrnnn-Jun ningen av negativ potential till ändvlvhtroden 135 índuuurar ._ flm-a-u-u-ï-V r ..-_...- .. _., 10 15 20 25 30 35 wa 8000698-4 på liknande sätt positiva laddningar pa elektrolernas 158 högra ytor ~ch negativa laddningar på deras vänstra ytor.

Den beskrivna induktionsverkan förhöjes genom dwt ringa avståndet mellan elektrodplattorna samt genom graden av konduktivitet hos den som elektrolyt fungerande vätskan i cellen.

Under den beskrivna funktionen där elektrisk poten- tial, som anslutes till ändelektroderna llfl, 135, inducee rar laddningar i elektroderna 158 mellan dessa, går flödes- linjerna icke endast genom området mellan clektrudplattor- na, utan också i riktning utåt från plattornas kanter, spe- ciellt fršn de enligt fig. 5 övre kanterna, inom omrâdet ovanför elektroderna och under cellens lock 96. Dessa ytt- re fältlinjer, som utgår från plattkanterna, beskriver kroklinjiga banor mellan punkter med positiv och punkter med negativ potential. Ett problem som har observerats i apparater konstruerade i kommersiell skala, är att det kan uppstå en viss upplösning av ändelektrodplattorna 13H, 136 vid gränsvtan mellan gas och vätska. Denna upplösning kan fortskrida från elektrodernas överkant till den elektriska ledningens anslutningspunkt, varefter cellen upphör att fungera. Detta torde bero på att det från elektroderna ut- går slutna eller kontinuerliga flödeslínjeslingor, som träffar ändelektroderna och inducerar ström i dessa, var- vid strömtätheten blir störst inom området för gränsytan mellan gas och vätska. Detta medför, att ändelektroderna eroderar hastigare än de övriga elektrodplattorna. Enligt uppfinningen är en av elektrodplattorna 158, som är belägen nära eller närmast den ena eller andra av de båda ändelek- troderna 13H, 136, vilka är anordnade att tillföras elek- trisk spänning, förlängd uppåt förbi ändnlektrodens övre ändkant tillräckligt långt för att skydda elektroderna mot flödesfälteffekter som orsakar för stor strömtäihet. Denna elektrod 158 sträcker sig sålunda, såsom framgår av fig. 5, uppåt in i området ovaníör elektroderna och under cellkär- lets lock QF. Därigenom brytes flödeslínierna inom detta område, så att de hindra' att träffa en ñndelekïrnd, var» igenom denna elektroder nlir skyddade av den förl3n¿da_ elektrodens 158 avskärmtingsverkan. Flödeslínjer, som 10 15 20 25 30 35 8000698--4 utgär från elektroder och genom nämnda övre område utbre- der sig i riktning mot en ändelektrod, kommer sålunda dess- förinnan att träffa den förlängda elektroden och därigenom blockeras eller brytas, så att de i varje fall icke kan nå ändelektroden. I föreliggande utföringsform är det den näst närmast ändelektroden 134 belägna elektroden 158, som är förlängd med en uppskjutande del 16H. Pâ motsvarande sätt är den näst närmast den andra ändelektroden 136 beläg- na elektroden 158 förlängd med en uppskjutande del 168.

Sålunda skulle exempelvis en flödeslinje, som utgår från ändelektroden 138 och inträder i rummet ovanför plattorna, brytas eller blockeras av förlängningsdelen 16H och hindras att nå ändelektroden 1Q0. På liknande sätt skulle flödes- linjer, som utgår från ändelektroden 1U6 och inträder i rummet ovanför plattorna, brytas eller avskäras av delen 168 och hindras att nä ändelektroden 138. I ett praktiskt typexempel kan mellanelektroderna 158 ha en längd av 122 cm, ändelektroderna en längd av 12U,5 cm och de båda elektro- der 158, som har förlängningsdelarna 16u och 168, en längd av 127 cm. Alla plattorna kan vara ca 3,2 mm tjocka och elektrodavståndet dem emellan kan också vara ca 3,2 mm. I den här visade utföringsformen är det sålunda den näst när- mast ändelektroden belägna mellanelektroden, som är för- längd, i stället för den närmaste vilket beror på att man måste ge utrymme nog åt polbultarnas 150 fastsättning vid ändplattorna 13U, 136.

Den avskärmnings- eller skyddsfunktion som utövas av de båda förlängda elektrodernas 158 förlängningsdelar 1ö4,_ 168 kan förbättras genom att dessa förlängníngsdelar på sin mot närbelägna ändelektrod vända yta belägges med ett elek- triskt isolerande material. I det åskådliggjorda utförandet är den mot närmaste ändelektrod vända ytan försedd med en sådan beläggning 172.(fig. 8), men även båda ytorna skulle kunna vara försedda med sådana beläggningar. Approximativt 10 till 20 Z 1f¿â:'r: Ett av elektrodytans längd, uppifrån räknat, är nu-ll-m m1 15 och 20 cm av denna längd. muLerial swm ger tíllíreds- ställande resultat är etL epoxidmaterial, som saluföres 10 15 20 25 30 35 15 8000698-4 under varumärket "Pro Tek" av firman fialtimore Iaint and Chemical Cørporation och framställes genom blandning av lika delar "Duratyle epoxy hibuild reacter companent Nr.2" och "Duratyle epoxy regular high gloss base A".

Förlängningsdelarna 1BU, 168 av de båda näst närmast ändelektroderna 13%, l36 belägna elektroderna 158 jämte dessa delars isolerande beläggning eliminerar enligt uppfin- ningen de problem, som orsakas av strömtätnetseffekter, vilka eljest skulle leda till att ändelektraderna snart blev försterda. I samband härmed göres avståndet mellan elektrodsatsens övre ände och cellens lock så litet som möj- ligt, dack så att ett tillräckligt vätskeutflöde ur cellen erhålles, enär cellens lock ju också har en tendens att av- skära sådana flödeslinjer, som eventuellt träffar detta.

Vätskenivån i cellen avpassas så att samtliga elektroder är omslutna av vätskan, som når endast obetydligt över skärmningselektrodernas förlängningsdelar ißu, 168. Elek- troderna bör icke vara nedsänkta för dlupt, emedan den vätskeformiga elektrolyten kan erbjuda en relativt lätt- framkomlig väg för flödesfält.

Förutom att cellen hålles i tvåpolig drift, kastas den mellan ändplattcrna 13h, 136 påtryckta elektriska spän- ningen om med regelbundna intervall, som bestämmes av cellens strömtäthet, vilken i sin tur bestämmes av driftförhállan- dena. Genom omkastning eller omkoppling av polariteten om- kastas strömflödets riktning i elektrolyten mellan elektro- derna, varigenom säkerställas att förbrukningen eller upp- lösningen av ändelektroderna 13H, 136 sker i samma omfatt- ning och med samma hastighet för båda samt att förbrukningen av de däremellan befintliga elektroderna 158 sker jämnt på båda sidnrna. Dessutom elimineras genom omkastning av ström- mens riktning på angivet sätt risken för att elektroderna skall bli buktiga, vilket skulle kunna ge upphov till kort- slutning mællan närliggande elektroder liksom till svårig- heter med att avlägsna en förbrukad elektrod ur cellen. Om- kastningen av den på elektroderna 13H, 136 lagda spänningens polaritet utföres med ett lämpligt knyplingsdnn, som är an- ordnat i anslutning till spänningskällan 20 och som kan m!! i' i X 1?C)c3¿ »fu 10 15 20 25 30 35 8000698-4 16 manövreras för hand eller automatiskt med hjälp av ett tídur.

Den takt, i vilken omkastníngen skall ske, beror på ström- tätheten och kan variera mellan exempelvis en omkastníng per timme och ca två omkastningar per vecka.

Uppfinningen belyses av några utföringsexempel.

Exempel_l l Avloppsvatten från ett kyltorn tillfördes inloppet till en apparat liknande den i fig. 1 visade i ett flöde av ca 95 l/min samt med en koncentration av ca 0,00035 % sexvärt krom. Apparaten hade en total effektiv elektrodvikt av 98gM kg och agbetade vid ca H,0 A och mellan 11,5 och 1H,0 V. Förfaraàëet enligt uppfinningen genomfördes konti- nuerligt och men syratvättning under en tid av 15 till 30 minuter per;;ygn. För varje dygn avlügsnades 0,U8 kg sex- värt krom, och den avgivna vätskan innehöll mindre än 0,000 05 % ej mätbart vägde. se;värt krom, vars halt ofta reducerades till När elektroderna byttes ut, observerades det att en- dast 00 % kats och att elektroderna fortfarande befann sig i gott ca av deras tillgängliga mängd järn hade förbru- skick och skulle ha kunnat användas under avsevärt längre tid. Slamanalysen utvisade ca 3,5 kg järn per kilogram krom, jämfört med en teoretisk förbrukning av 3,2 kg järn. De båda cellerna innehöll en total aktiv elektrodvíkt av 92,51 kg.

Om man antar att 75 % av elektroderna kunde förbrukas före elektrodbyte, står ca 70 kg användbart järn till förfogande för reducering av krom. I denna takt skulle cellerna kunna arbeta ungefär H2 dygn, innan elektrnderna behövde bytas ut. Vid 75 % valenta järnförbrukningen bli H,3 kg per kilogram krom och vid 90 % förbrukning skulle detta värde bli 3,6 kg per effektiv elektrodförbrukning skulle den ekvi- kilogram krom I händelse att elektroderna icke köres hela den normala perioden, ökar den skenbara järnförbrukningen.

I föreliggande exempel gäller, att under den tid som elektro- cill 60 % jürnïörbrukníng 5,7 kg per kilegram krnm, medan den verkliga derna kördes av sin livslängd, var deras skenbara förbrukningen var 3,5 kg. Enligt detta exempel avlägsnades under ca 25 dygns drift 12 25 kg sexvärt krom för ett förhål- lande järn till krom av s,7.

Q: anv-_» .- (II 10 15 20 25 17 8000698-4 Avloppsvatten från ett kyltorn fillförden inloppet till en apparat liknande den enligt fig. 1, men med större kapacitet än den som användes i exempel I, i ett flöde av 330 l/min samt med en koncentration av 0,00U8 % sexvärt krom. hen större koncentrationen och tillförseln av detta speciella avloppsvatten krävde en ström av ca TH A och en spänning av mellan H0 och 50 V. Cellerna kördes 20 timmar per dygn, så när som på syratvättningsperioden, och avlägs- nade 3,8 lg sexvärt krom per dygn. Den avgående vätskan innehöll mindre än 0,000 005 ß sexvärt krom. Apparatens till íörfogande för förbrukning stående järnmängd var 220 kg, baserat på 75 % förbrukning, och anläggningen kräv- de avlägsnande av 3,8 kg sexvärt krom per dygn. Under de angivna betíngelenrna förutsågs att driften skulle kunna hållas i gång 17 qygn, innan elektrodbyte behövde företas.

Drlltdata från utövandet av uppfinningen för avlägs- nande av kromat för behandling av avloppsvatten från kyl- % torn har visat, ett kromhalter betydligt under 0, 000 005 kan uppnås utan pd-justering av det inkommande vattnet, förutsatt att pheuärdet ligger inom området mellan ca 5 och ca 10. Zinkjoner gtföljer ofta kromat i avloppsvatten från kyltorn, uch i de flesta fall har avflödet från apparaten ett sådant pH, att största delen av den närvarande mängden zink avlägsnas.

Claims (10)

8900693-4 10 15 20 25 30 35 18 PATENTKRAV

1. Blektrokemisk cell för rening av en vätska, vari jon- reaktioner kan uppträda, från en förorenande jon, innefattande ett cellkärl, ett par yttre elektroder, som är placerade på avstånd från varandra i cellkärlet, en anordning för påtryckning av elektriska potentialer av olika polaritet direkt på de yttre elektrcderna, så att den ena tjänar som anod och den andra som katod, ytterligare elektroder, som är anordnade med ringa inbördes avstånd mellan de yttre elektroderna, ett.i cellkärlet befintligt utrymme som bildar en genomströmningskanal för vätskan i funk- tionell kontakt med elektroderna på sådant sätt, att de elekt- riska potentialer, som påtryckes de yttre elektroderna, indu- cerar elektriska laddningar på de mellan dessa belägna elektro- derna, så att det uppstår ett elektriskt strömflöde genom vätskan, k ä n n e t e c k n a d av att minst en av de ytterligare elektroderna, vilken är belägen i närheten av den ena eller andra av de båda yttre elektroderna, har sådan storlek, att den sträcker sig utanför denna yttre elektrod, så att den skyddar denna yttre elektrod mot flödesfälteffekter.som orsakar för hög strömtäthet.

2. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att ännu en elektrod i närheten av varje yttre elektrod ut- skjuter utanför motsvarande yttre elektrod i tillräcklig ut- sträckning för att skydda denna yttre elektrod mot flödesfält- effekter och för hög strömtäthet.

3. Cell enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d av att en beläggning av elektriskt isolerande material är anbragt på den yta av nämnda ytterligare elektrods utskjutande delar, som är vänd mot den yttre elektroden.

4. Cell enligt patentkravet 1, där cellkärlet under användning är placerat i vertikalläge och elektroderna är parallella och placerade i huvudsak vertikalt i kärlet, de yttre elektroderna är anordnade att påtryckas potentia- ler i närheten av sin överkant samt ett fritt utrymme finnes mellan elektrodernas överkanter och cellkärlets toppvägg, k ä n n e t e c k n a d av att en ytterligare elekïffid i närheten av varje yttre elektrod Uïskjuïer Ovanför överkfinïen av 10 15 20 25 sooo69e-4 19 motsvarande yttre elektrod in i nämnda utrymme en sträcka, som är tillräcklig för attskydda de yttre elektroderna mot flödes- fälteffekter och för hög strömtäthet.

5. Cell enligt något av patentkraven 1 - H, k ä n n e- t e c k n a d av att elektroderna består av järn.

6. Cell enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att en beläggning av elektriskt isolerande material är an- bragt på den yta av de ytterligare elektrodernas förlängninge- delar, som är belägen närmast de yttre elektroderna.

7. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av en anordning för omkastning av polariteten hos de poten- tíaler, som pàtryckes nämnda yttre elektroder.

8. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen för påläggning av en elektrisk potential är ansluten till de yttre elektroderna intill en ände av varje elektrod och att den ytterligare elektroden skjuter utanför mot- svarande yttre elektrod intill den angivna änden av varje elektrod.

9. Cell enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d avatt elektroderna är plana och anordnade i huvudsak parallellt i cellkärlet, att de yttre elektroderna är kortare än den ytter- ligare elektroden och att de övriga ytterligare elektroderna är i huvudsak inbördes lika långa och kortare än de yttre elektro- derna och de angivna ytterligare elektroderna.

10. Cell enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av attden angivna ytterligare elektroden eller var och en av de angivna ytterligare elektroderna befinner sig invid motsvarande yttre elektrod.