SE450249B - Forfarande for elektrokemisk behandling av avloppsvatten - Google Patents

Description

450 249 2 på elektroderna. Om elektrolyscellen är overksam under låg tid, kan korrosionsprodukter från de lösliga elektroderna igensätta utrymmet mellan elektroderna på ett sådant sätt, att elektrodytan överhuvudtaget icke kan renas medelst slipmedelspartiklar.

Användning av slipmedelspartiklar, som rör sig i strömmen av det avloppsvatten som skall renas, säkerställer alltså icke den önskade fullständiga och funktionssäkra reningen av elektrodytan, vilket med andra ord innebär att avloppsvattnet icke kommer att behandlas på tillfredsställande sätt.

Ett bättre förfarande för elektrokemisk behandling av avlopps- vatten beskrives i den sovjetryska patentskriften nr 814 881. Detta förfarande är baserat på att avloppsvatt- net får strömma genom en membranelektrolyscell, varvid anolyt och katolyt är avsedda att individuellt bortledas från ett anodrum respektive ett katodrum, under det att katolyten får stâ, varefter anolyten och katolyten blandas med varandra.

Den allvarliga nackdelen med detta kända förfarande är att katolyten är mycket svår att få att stå under för fartyg typiska krängnings- och rullningsförhållanden. Även ett annat förfarande för avloppsvattenrening är känt (jämför exempelvis den sovjetryska patentskriften nr 739 004- Vid detta förfarande behandlas havsvattenhal- tigt avloppsvatten i en katodkammare i en membranelektrolyscell, varefter en magnesiumhaltig fällning (återstod) avskiljes och be- handlas i membranelektrolyscellens anodkammare, medan en magnesium- haltig vätska från anodkammaren inmatas i katodkammaren.

Vid genomförande av detta kända förfarande kan man undvika bildande av avsevärda saltfällningar på elektroderna, men i detta fall uppkommer följande svårigheter, vilka omöjliggör effektiv re- ning av avloppsvatten som innehåller havsvatten. (a) När fällningen behandlas i anodkammaren i elektrolyscel- len, måste anodrummet ha avsevärd volym för att förhindra att fällningen Higensâtter anodrummet, varför avståndet mellan anoden och katoden måste vara stort. Ohmska förluster i elektrolyten re- sulterar därför i en hög spänning över membranelektrolyscellen, vilket ökar elkraftförbrukningen för avloppsvattenbehandling. (b) Vid upprepad behandling av fällningen i anodkammaren med efterföljande inmatning av den magnesiumhaltiga vätskan i katod- kammaren ökar koncentrationen av magnesiumjoner i det avloppsvat- 450 249 3 ten som skall behandlas, vilket medför att magnesiumsalter utfälles när lösningen mättas och att det renade avloppsvattnet blir förore- nat av dessa salter. (c) När avloppsvatten endast behandlas i katodkammaren i elektrolyscellen, utnyttjas hälften av elkraften icke direkt för avloppsvattenrening utan användes för upplösning av den magnesium- haltiga fällningen. (d) För att den magnesiumhaltiga återstoden skall kunna av- skiljas erfordras extra behållare, vilket avsevärt ökar dimensio- nerna hos anläggningen för avloppsvattenrening, under det att re- ningseffektiviteten minskar avsevärt under fartygsförhâllanden, dvs. vid krängning, rullning och vibration.

Vissa av dessa nackdelar har eliminerats genom ett förfarande som beskrives i den amerikanska patentskriften nr 4 188 278.

Detta kända förfarande för behandling av vätskor är baserat på att man låter vätskan strömma genom ett område med variabel potential (växelpotential) i en elektrolyscell. Den variabla potentialens (växelpotentialens)rflaming omkastas, varvid vätskan under strömningen utsättes för accelerations- och retardationskraf- ter, vilket resulterar i en intensiv turbulens (virvelbildning) mellan enskilda vätskeskikt. Detta kända förfarande kan genomföras medelst en anordning, som innefattar ett par av huvudelektroder och ett antal mellan huvudelektroderna anordnade hjälpelektroder, var- vid varje huvudelektrod innefattar ett antal elektriskt hopkopp- lade, i samma plan liggande stavar, under det att varje hjälp- elektrod är uppbyggd av från varandra elektriskt isolerade stavar.

Huvudelektroderna är avsedda att bilda ett område med variabel potential däremellan, varvid vätskan bringas att strömma genom om- rådet med variabel potential, under det att-gasbubblor avlägsnas från elektroderna medelst ultraljud. ' Elkraftförbrukningen för genomförande av detta kända förfaran- de är mycket hög på grund av att anordningen innefattar en ultra- ljudvibrator, som är avsedd att förhindra att salter utfälles på elektrodernas katodyta.

Om elektroderna är anbragta tvärs vätskeströmningen, kan dess- utom fiberföroreningar fastna vid elektroderna. Dessa förorening- ar kan icke avlägsnas medelst ultraljud, eftersom deras densitet är lika med densiteten hos den vätska som skall behandlas, under 450 249 4 det att intensiva, efter elektroderna liggande virvelbildningsáoner kommer att sönderdela flockar av koagulerade föroreningar, vilket stör koaguleringsförloppet för kolloidala föroreningar, varför av- loppsvattenreningens kvalitet försämras. Dessutom förorsakar vir- velbildningen (turbulensen) i mzfmmen av det avloppsvatten som be- handlas en intensiv omrörning av de i närheten av elektroderna liggande vätskeskikten, varför salter utfälles pâ elektrodytan.

Eftersom anordningen för genomförande av detta kända förfarande är försedd med ett nät för uppdelning av den avloppsvattenström som skall behandlas i delströmmar, får anordningen komplicerad konstruk- tion samtidigt som dess funktionssäkerhet minskar på grund av att nätet kan igensättas. För att elektroderna skall kunna fästas vid elektrolyscellens väggar på sådant sätt att de är elektriskt isole- rade från dessa väggar, erfordras isolerlister, eller alternativt måste cellens väggar framställas av ett elektriskt isolerande mate- rial, vilket i hög grad komplicerar elektrolyscellens konstruktion.

Ett mer pålitligt förfarande för kemisk behandling av avlopps- vatten är känt genom den sovjetryska patentskriften nr I 808 376. Detta förfarande grundar sig på att avloppsvat- ten får strömma genom en membranelektrolyscell, varvid anolyt och katolyt bortledes individuellt. Den renade anolyten bortföres och katolyten âterföres till en flotationsanordning. Avloppsvatten innehållande tungmetalljoner renas i förväg i en elektrisk koagule- ringsanordning, en flotationsanordning och ett filter, varefter det inmatas i membranelektrolyscellen.

Vid genomförande av detta kända förfarande för elektrokemisk avloppsvattenrening uppnås det avsedda syftet, dvs. en ökning av avloppsvattnets reningsgrad, genom att den alkaliska katolyten åter- föres till flotationsanordningen, vilket ökar pH-värdet hos det vatten som skall renas.

Nackdelen med detta kända förfarande är dess låga genomström- ningskapacitet, eftersom en del av vattenströmmen måste återföras till ett recirkulationssteg.

Eftersom man vid genomförande av detta kända förfarande från elektrolyscellens anodrum bortleder det surgjorda renade vattnet till en vattenbassäng eller rör, inverkar detta ogynnsamt på floran och faunan i vattenbassängerna, varjämte rörledningarna utsättes för intensiv korrosion. [-7 450 249 5 Ytterligare en nackdel med detta kända förfarande är att man måste använda ett filter, vilket släpper igenom fina förorenings- ämnen och igensättes av grövre föroreningsämnen, varför filtret måste regenereras.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att eliminera samtliga nämnda nackdelar genom att ordna de avloppsvat- tenströmmar som skall renas på ett sådant sätt, att anolyten och katolyten behandlas individuellt i respektive utrymmen mellan elektro- der i membranelektrolysceller med lösliga och olösliga elektroder.

Detta uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst ett förfa- rande för elektrokemisk rening av avloppsvatten, exempelvis fartyge- avloppsvatten, vid vilket det avloppsvatten som skall behandlas får strömma genom membranelektrolysceller med olösliga och lösliga elektroder, anolyten och katolyten bortledes individuellt (separat) med efterföljande blandning av anolyten med katolyten, och det re- nade avloppsvattnet bortföres, varvid det för föreliggande uppfin- ning utmärkande är att den anolyt och den katolyt som skall bort- ledas individuellt framställes i membranelektrolyscellen med olös- liga elektroder och därefter inmatas i membranelektrolyscellen med lösliga elektroder av exempelvis aluminium, varvid anolyten och katolyten från membranelektrolyscellen med olösliga elektroder paral- lellt inmatas i ett anodrum respektive ett katodrum i membranelektro- lyscellen med lösliga elektroder.

När de vätskeströmmar som behandlas bringas att strömma paral- lellt, blandas de i närheten av elektroderna befintliga vätskeskik- ten icke med den kvarvarande strömmen av avloppsvatten, varför det avloppsvatten som behandlas får hög alkalitet och hög syrahalt i de i närheten av de lösliga elektroderna liggande utrymmena, vilket , bidrar till att förhindra att olösliga saltavsättningar bildas när elektroderna löses.

Det är lämpligt, att man i anodrummet i membranelektrolyscellen med lösliga elektroder inmatar avloppsvatten, vars pH-värde är 1-1,5 enheter lägre än hydratbildnings-pH-värdet för joner av den lösliga metallen, och att man i katodrummet i membranelektrolyscellen med lösliga elektroder inmatar avloppsvatten, vars pH-värde är 1-1,5 enheter högre än hydratbildnings-pH-värdet för joner av den lösliga metallen.

Vid dylika pH-värden är aluminiumhydroxid termodynamiskt insta- bil, varvid den löses under bildning av Al3+ - och AlOš5joner, var- för återstoden icke utfälles i utrymmet mellan elektroderna. 450 249 6 Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 schematiskt visar en anordning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen för elektro- kemisk rening av avloppsvatten, och fig. 2 visar ett jämvíktsdiagram för systemet Al-H20. .

Obehandlat avloppsvatten strömmar genom ett rörstycke 1 in i en membranelektrclyscell 2 med olösliga elektroder samtidigt som det delar sig i tvâ strömmar. Membranelektrolyscellen 2 är me- delst ett membran 3 av glastyg uppdelad i ett anodrum 4 och ett ° katodrum 5, i vilka en anod 6 av grafit respektive en katod 7 av grafit är anordnade. Anoden 6 och katoden 7 är avsedda att matas med en spänning från en elektrisk, på ritningen icke visad ström- källa. Anod- och katodrummen 4 respektive 5 i membranelektrolys- cellen 2 med olösliga elektroder är försedda med utloppsrörstycken 8 respektive 9 för bortledning av anolyt respektive katolyt. Ut- loppsrörstyckena 8 och 9 är genom slangar 10 respektive 11 och mottagningsrörstycken 12 respektive 13 förbundna med ett anodrum 14 respektive ett katodrum 15 i en membranelektrolyscell 16 med lösliga elektroder 17 och 18 av exempelvis aluminium. Anodrummet 14 och katodrummet 15 är skilda från varandra medelst ett membran 19 av glastyg. De behandlade avloppsvattenströmmarna bortföres från membranelektrolyscellen 16 genom utloppsrörstycken 20 och 21, blan- das med varandra i ett uppsamlingsrör 22 och inmatas i en separe- ringsanordning för avskiljning avdet rena(de) vattnet. Samtidigt som avloppsvattnet strömmar ut från utrymmet mellan elektroderna i elektrolyscellen med lösliga elektroder, neutraliseras avlopps- vattnet, varvid i avloppsvattenvolymen bildas flockar av hydroxid av den lösliga metallen, exempelvis aluminium, vilka flockar adsor- berar föroreningarna i det avloppsvatten som behandlas.

De bildade flockarna av koaguleringsmedel med adsorberade föroreningsämnen ledes till vätskeytan medelst vät- och syrgasbubb- lor, vilka avges vid elektrolysen, varför skumbildning uppträder.

Uppfinningen belyses närmare nedan medelst ett konkret exempel på genomförande av förfarandet enligt uppfinningen för elektrokemisk avloppsvattenrening. = Exempel. Vid genomförande av elektrolysen får elektrisk ström flyta genom grafit- och aluminiumelektroder i den i fig. 1 visade anordningen, varvid pH-värdet hos det avloppsvatten som behandlas är 3-3,5 i anodrummet och 10-11,2 i katodrummet. De lösliga och 450 249 ¿ 7 de olösliga elektroderna matas med en elektrisk ström med ström- styrkan 45A respektive 55A. Avloppsvattenflödet genom elektrolys- cellen är 1000 liter/h.

Med 30 minuters mellanrum omkastas polariteten hos de båda elektrodparen i de båda elektrolyscellerna.

Jämviktsdiagrammet för systemet A13*-A102' -3H2O visar, att aluminiumhydroxid vid ett pH-värde under 4,5 och ett pH-värde över 9,1 är termodynamiskt instabil och löses under bildning av Al3+- och A102--joner. Vid visuell avsyning upptäckas icke någon fäll- ning på de lösliga och olösliga elektrodernas yta även om elektro- lyscellen får arbeta under en tid av 950 timmar, varvid pH-värdet vid uppsamlingsrörets utlopp i detta fall varierar mellan 8,8 och 7,6. _ Funktionssäkerheten vid genomförande av förfarandet enligt upp- finningen kontrolleras genom att elektrisk ström växelvis matas till membranelektrolyscellerna med lösliga och olösliga elektroder.

Om membranelektrolysoellen med lösliga elektroder inkopplas, får en elektrisk ström med en täthet av 5 mA/cmz flyta genom aluminium- elektroderna, samtidigt som avloppsvatten med ett pH-värde av 7-8 tillföres.

Det avloppsvatten som strömmar ut från anodrummet respektive katodrummet har ett pH-värde av 4,3-4,5 respektive 9,1-9,3. Pola- riteten omkastas med 30 minuters mellanrum. I detta fall bildas en lucker återstod (fällning) vid elektrodytan. Analys av åter- stoden medelst en IR-spektrofotometer visar, att återstoden består av aluminiumhydroxid blandad med magnesiumhydroxid. Efter en drift- ,tid av 30-40 timmar igensätter återstoden anod- och katodrummen praktiskt taget fullständigt. Efter avslutad elektrolys observeras korrosionsangrepp på de lösliga aluminiumelektroderna under samti- dig bildning av en fällning, som huvudsakligen består av aluminium- hydroxid.

När avloppsvatten får strömma endast genom membranelektrolys- cellen med olösliga elektroder (med membranelektrolyscellen med lösliga elektroder bortkopplad) vid en strömtäthet av 4 mA/cmz, uppvisar det avloppsvatten som strömmar ut från anodrummet respek- tive katodrummet ett pH-värde av 2,9 respektive 11,1. Vid katod- ytan bildas i detta fall en vitfärgad återstod. Analys av återsto- den visar att denna företrädesvis består av magnesiumhydroxid.

När polariteten omkastas, löses återstoden från elektrodytan (ka- todytan). 450 249 8 När endast membranelektrolyscellen med lösliga elektroder är verksam, bildas alltså vid elektrodytan en återstod, som förhindrar att avloppsvatten renas elektrokemiskt,under det att vid elektrolys utan polaritetsväxling en återstod bildas även vid grafitelektroder- nas yta, vilken återstod avlägsnas samtidigt som elektrodernas po- laritet omkastas. I I fig. 2 visas ett jämviktsdiagram för systemet Al-H 0. De båda vertikala linjerna representerar jämvikten Al3+ Z A1203'3H2° respektive Al O '3H Olzf A10 _ 2 3 2 2 ' Det framgår av detta diagram, att Al få 3+- och Al0å'-joner är termodynamiskt stabila vid ett pH understigande 4,5 och ett pH överstigande 9,1. _ Om pH-värdet är 1-1,5 enheter lägre (i det sura området) eller högre (i det alkaliska området) än hydratbildnings-pH-värdet för joner av den lösliga metallen, är aluminiumhydroxid termodynamiskt instabil, varvid den löses under bildande av A13*-och A102--joner.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning har följande för- delar framför samtliga kända reningsförfaranden. (a) Förfarandet enligt uppfinningen bidrar till högre verk- ningsgrad, eftersom elektrolyscellens s.k. överföringskapacitet ökar genom avlägsnande av återstoden av hydroxid av den anodlösliga me- tallen från de lösliga elektroderna. (b) Uppfinningen bidrar till att avsevärt minska tillverknings- kostnaden för anordningen för genomförande av förfarandet, eftersom inga speciella anordningar för filtrering, koagulering och återvin- l ning erfordras. (c) Processutrustningen utsättes icke för korrosion.

I det föregående beskrives några särskilda utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen. Det kan emellertid observeras, att man kan genomföra olika, för fackmän uppenbara ändringar och modifieringar inom uppfinningens ram.

Claims (3)

_§'. 450 249 9 'Patentkrav

1. Förfarande för elektrokemisk behandling av avloppsvatten, exem- pelvis fartygsavloppsvatten, vid vilket det avloppsvatten som skall behandlas får strömma genom membranelektrolysceller (2, 16) med olösliga respektive lösliga elektroder, anolyt och katolyt bortfö- res individuellt med efterföljande blandning av dessa med varandra, och det behandlade avloppsvattnet bortledes, k ä n n e t e c k n.a t av att den anolyt och den katolyt som skall bortföras individuellt framställes i membranelektrolyscellen (2) med olösliga elektroder och därefter inmatas i membranelektrolyscellen (16) med lösliga elektroder (17, 18) av exempelvis aluminium, varvid anolyten och katolyten från membranelektrolyscellen (2) med olösliga elektroder parallellt införes i ett anodrum (14) respektive ett katodrum (15) i membranelektrolyscellen (16) med de lösliga elektroderna (17, 18).

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att man i anodrummet (14) i membranelektrolyscellen (16) med de lösliga elektroderna (17, 18) inmatar avloppsvatten, vars pH-värde är 1-1,5 enheter lägre än hydratbildnings-pH-värdet för joner av den lösliga metallen.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a t av att man i katodrummet (15) i membranelektrolyscellen (16) med de lösliga elektroderna (17, 18) inmatar avloppsvatten, vars pH-värde är 1-1,5 enheter högre än hydratbildnings-pH-värdet för joner av den lösliga metallen.