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Dokumentenidentifikation DE4416973A1 16.11.1995
Titel Reinigung von Schmutzwässern durch Elektroflotation
Anmelder Ritter, Hans, Dr., 42329 Wuppertal, DE
Erfinder Ritter, Hans, Dr., 42329 Wuppertal, DE
Vertreter Dr.rer.nar. Rüdiger Zellentin, Dipl.-Ing. Wiger Zellentin, Dr. Jürgen Grussdorf, 67061 Ludwigshafen
DE-Anmeldedatum 13.05.1994
DE-Aktenzeichen 4416973
Offenlegungstag 16.11.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.1995
IPC-Hauptklasse C02F 1/465
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Schmutzwässern mit Hilfe von Eisen- und/oder Aluminiumelektroden, von denen mindestens eine als Opferanode geschaltet ist, wobei die Elektroden schwertartig ausgebildet und in engem Abstand parallel zueinander in einem Reaktor angeordnet sind, bei welcher erfindungsgemäß der Reaktor liegend, insbesondere geneigt angeordnet ist. Das - bei geneigter Anordnung obere - Auslaufende des Behälters ist dabei mit einem Überlaufwehr versehen, das gegenüberliegende Behälterende weist einen eigenen Verschluß auf. Unterhalb des Wehres befindet sich ein Auffangbecken, das über eine Rückführleitung und eine Pumpe mit dem rückwärtigen Ende des Reaktors verbunden ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft die Reinigung von Schmutzwässern durch Elektroflotation, wobei Eisen- und/oder Aluminiumelektroden verwendet werden, von denen mindestens eine zum Ausflocken der Verunreinigungen als Opferanode geschaltet ist.

Die hierzu verwendeten, das Schmutzwasser aufnehmenden Behälter sind beim Stand der Technik stehend ausgeführt, was den Nachteil mit sich bringt daß oberhalb des Behandlungsbehälters zum Herausziehen verbrauchter Elektroden oder zu deren Reinigung bzw. deren Montage ein entsprechend großer Platz- und Hubkraftbedarf besteht. Zum anderen entsteht durch die an den Elektroden austretenden Gasblasen eine erhebliche Schaummenge, die durch eine aufwendige Apparatur abgetrennt werden muß, siehe z. B. GB 2117798 A1 oder EP 0469 582 A1 bzw. die eigene unveröffentlichte Anmeldung P 43 29 272.0.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt eine Vorrichtung zu schaffen, die neben einer hohen Effektivität einen wesentlich geringeren vertikalen Platzbedarf und Kraftaufwand erfordert, die insgesamt weniger Volumen erfordert und bei der wesentlich weniger Schaum anfällt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einer Vorrichtung zum Reinigen von Schmutzwässern mit Hilfe von Eisen- und/oder Aluminiumelektroden, von denen mindestens eine als Opferanode geschaltet ist, wobei die Elektroden schwertartig ausgebildet und in engem Abstand parallel zueinander in einem Reaktor angeordnet sind, bei welcher erfindungsgemäß der Reaktor liegend, insbesondere geneigt angeordnet ist. Das - bei geneigter Anordnung obere - Auslaufende des Behälters ist dabei mit einem Überlaufwehr versehen, das gegenüberliegende Behälterende weist einen eigenen Verschluß auf. Unterhalb des Wehres befindet sich ein Auffangbecken, das über eine Rückführleitung und eine Pumpe mit dem rückwärtigen Ende des Reaktors verbunden ist.

Durch die liegende (geneigte) Anordnung des Reaktors, der vorzugsweise als Rohr ausgeführt ist, ist es möglich, die Elektroden nach Entfernen des am Auslauf angeordneten Wehres etwa waagerecht aus dem Reaktor und mit geringem Kraftaufwand (auch von Hand) herauszuziehen, so daß die Vorrichtung auch in Räumen mit relativ niedriger Gebäudedecke untergebracht werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß der Reaktor das Schmutzwasser allseitig, d. h. auch oberhalb der Badoberfläche umgibt, so daß der Schaum in Folge der Reibung mit der Behälterwand auf dem Wege zum Überlaufwehr weitgehend zerstört wird, so daß davon verhältnismäßig geringe Mengen auffallen, die nicht eigens abgetrennt werden müssen und auch den anschließenden Filtervorgang zur Abtrennung ausgefällter Verunreinigungen nicht behindern.

Zur Erreichung des geforderten Reinigungseffektes für das zu behandelnde Schmutzwasser wird erfahrungsgemäß ein Eintrag elektrischer Ladung zwischen 0,25 Ah/l und 2,5 Ah/l benötigt. Diese Ladungsmenge kann bei einmaliger Passage des Wassers durch den Reaktor, wegen der begrenzten Elektrodenoberfläche und der aus Sicherheitsrücksichten limitierten Gleichstrom-Betriebsspannung, nicht vollständig übertragen werden.

Zum Erreichen des Reinigungseffektes wird daher eine Reaktionszeit von u. U. mehreren Stunden benötigt, während deren das Wasser fortwährend durch den Reaktor umgewälzt werden muß.

Beispielsweise beträgt die Mindest-Reaktionszeit für die Behandlung einer 700-l-Schmutzwassercharge mit einem benötigten spezifischen Ladungseintrag von 1,0 Ah/l und einer Elektrolyse-Stromstärke von 140 A: 5 Stunden.

Trotz der ausreichender Strömungsgeschwindigkeit im Elektrolysespalt zwischen den Elektroden, entsprechend einer Reynolds-Zahl oberhalb 2500, reicht die vorliegende Strömungsturbulenz zum Abtragen der sich an der Anodenoberfläche bildenden Oxidschicht nicht aus. Zur Aufrechterhaltung eines ungehinderten Stromüberganges zwischen Schmutzwasser und Anodenoberfläche muß daher der Oxidbelag von der Anodenoberfläche von Zeit zu Zeit durch mechanische Einwirkung (Kunststoffschaber) abgereinigt werden.

Der gelegentlich erforderliche Aus- und Einbau der Elektrodenschwerter wird dabei erfindungsgemäß dadurch erleichtert, daß diese im Reaktor beim Herausziehen oder Wiedereinsetzen gleiten.

Das Wehr kann in einfacher Weise aus einer auf den rohrartigen Reaktor aufzusteckenden, segmentartig ausgebildeten Kappe oder einer gegen das Rohrende abdichtenden Scheibe gebildet werden. Sämtliche nicht stromführenden Teile sind vorteilhaft aus Kunststoff (PVC) ausgeführt. Die elektrischen Anschlüsse können hierbei durch die Kappe oder die Scheibe hindurchgeführt sein.

Durch Hinzufügen des Auffangbeckens (mit einem Fassungsvermögen = dem des Schmutzwasser-Vorlagebehälters) zum Auffangen des behandelten Rohwassers und dessen taktweise Rückführung in den Schmutzwasserbehälter, wird die reaktionskinetisch vorteilhafte Charakteristik einer Rührkesselkaskade mit beliebig wählbarer Anzahl einzelner Reaktionsstufen ermöglicht.

Erleichtert wird dies durch Aufstellung beider Reaktor in zwei verschiedenen Ebenen, wofür sich eine vorgefertigte Montagebühne, welche auf den Hallenfußboden aufgestellt wird, anbietet. Durch Aufstellung des Auffangbeckens in der oberen Ebene wird daher insgesamt keine wesentliche zusätzliche Grundfläche in der Werkhalle beansprucht.

Es wird vorgeschlagen, den Filter zur Abtrennung der Feststoffpartikel nach abgeschlossener Wasserbehandlung unterhalb des rückwärtigen Endes des Reaktors vorzusehen, so daß dieser z. B. mit Hilfe von Zuleitung behandelten Wassers in den Reaktor, nach Öffnen eines hier angeordneten Verschlusses, auch gleichzeitig von Festkörpern die zwischen den Elektroden eine Brücke bilden könnten, freigespült werden kann. Der rückwärtige Verschluß ist dabei in bevorzugter Weise ein aufblasbarer Balg, der im Reaktor in aufgeblasenem Zustand gegen die Innenwandungen anliegt.

Dem Auffangbecken kann in besonders vorteilhafter Weise kaskadenartig ein Vorlagebecken zugeschaltet sein, um derart die oben angesprochene Behandlungszeit bzw. Verweilzeit optimieren zu können.

In besonders bevorzugter Weise wird erfindungsgemäß das Wasser mit Hilfe einer druckluftbetriebenen Membranpumpe gefördert. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Abluft der Pumpe dem Reaktorboden zuzuleiten, um einmal abgesetzte oder absinkende Festkörper aufzurühren und somit im Umlauf zu halten, zum anderen ist damit aber auch der Vorteil verbunden, das an den Elektroden notwendigerweise auftretende Knallgas durch Verdünnung deutlich unter die Explosionsgrenze zu drücken. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung stört die Luftzuführung überraschenderweise nicht durch übermäßige Schaumbildung.

Sie weist dazu eine Leitung auf, die die Abluftseite der Pumpe mit dem Reaktorboden verbindet und die z. B. ein den Wasserrückfluß verhinderndes Ventil (Rückschlagklappe) aufweist. Dabei können rückgeleitetes Wasser und Abluft über ein gemeinsames Rohr dem unteren Reaktorende zugeführt werden. Das Rohr kann hierbei auch als Anschlag für die Elektroden bzw. deren Abstandhalter dienen.

Der Reaktor selbst kann ein das Wasserbad umfassendes geschlossenes Rohr sein, er kann jedoch auch einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die obere auf dem Bad aufliegende Fläche als verschließbarer Deckel ausgebildet sein kann, um derart einen leichten Zugang zu den Elektroden zu schaffen, um diese von außen periodisch reinigen zu können. Auch im Falle der rohrförmigen Ausbildung des Reaktors kann natürlich ein aufklappbarer oder abnehmbarer Deckel vorgesehen sein.

Die Elektroden können zu einem Paket zusammengefaßt und nach außen gegen die Reaktorwandung abgedichtet werden, so daß das zu reinigende Wasser ausschließlich zwischen den Elektroden geführt wird. Dazu kann seitlich mindestens ein aufblasbares Kissen zwischen einer äußeren Elektrode und der Reaktorwandung angeordnet werden, das nach dem Aufblasen zur Reaktorwandung abgedichtet und im Falle der Verwendung nur eines Kissens das Elektrodenpaket gegen die gegenüberliegende Reaktorwandung andrückt. Zwischen den Elektroden befinden sich dabei Abstandshalter.

Die Abstützung der äußeren Elektroden kann auch durch von beiden Rohrenden einführbare Keile geschehen, wobei zwischen den Elektroden die Abstandshalter liegen.

Bei rohrförmiger Ausbildung des Reaktors drückt das Kissen die gegenüberliegende äußere Elektrode gegen den Rohrmantel und dichtet über dessen obere und untere Längskante gegen den dahinterliegenden Hohlraum ab.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Reaktor.

In Fig. 1 ist der Reaktor 1 als Kunststoffrohr ausgebildet, das die im inneren angeordneten Elektroden umfaßt. Der Reaktor 1 ist geneigt angeordnet, das Auslaufende 2 liegt höher als das rückwärtige Reaktorende 4. Am Auslaufende 2 befindet sich ein Wehr 3, das rückwärtige Ende 4 ist mit einem Verschluß 5 abdichtbar, das bevorzugt als aufblasbares Kissen ausgeführt ist.

Unterhalb des Wehrs 3 ist ein Auffangbecken 6 angeordnet. Das Auffangbecken 6 ist zur Kreislaufführung des Schmutzwassers über das Schmutzwass-Vorlage-Becken 9 mit dem Schmutzwassereinlaß 12 am unteren Reaktorbereich verbunden.

Unterhalb des rückwärtigen Reaktorendes befindet sich ein Filterbecken 8 in dem ausgefällter Feststoff vom Klarwasser nach mehrfacher Kreislaufführung abgetrennt wird. Die Anordnung des Filters 8 unterhalb des Reaktorrandes 4 hat dabei den Vorteil, daß auch vom Reaktor ablaufendes Spülwasser zu dessen Reinigung direkt in den Filter 8 gegeben werden kann.

Dem Auffangbecken 6 ist ein Vorlagebecken 9 kaskadenartig nachgeschaltet, das ein gleiches Fassungsvermögen aufweist. Das zweite Becken 9 ist mit dem ersten Becken 6 über eine Leitung 14 verbunden, aus dem Vorlagebecken 9 wird das zu behandelnde Wasser über eine Leitung 15, eine druckluftbetriebene Membranpumpe 16 und die Leitung 17 mit Durchflußmesser 7 und Ventilen 22 dem Schmutzwassereinlaß 12 zugeführt.

Weiterhin sind Druckluftleitungen 18,19, 20, 21 vorgesehen, die in das Filterbecken 8 und das Vorlagebecken 9 eintauchen, um gewünschtenfalls den Inhalt in Turbulenz zu versetzen. Die Abluft der Pumpe 16 wird über die Abluftleitung 10 und einen Verteiler 23 unten in den Boden 11 des Reaktors 1 eingeblasen, um einmal auch hier Turbulenz zu erzeugen und Reaktorinhalt aufzurühren und zum anderen, um an den Elektroden (Fig. 2) entstehendes Knallgas zu verdünnen. Dabei kann folgende Berechnung zugrundegelegt werden.

Ein Elektrolyse-Strom von 140A setzt stündlich 58,52 Nlieter Wasserstoff frei. Die untere Explosionsgrenze für Wasserstoff in Luft beträgt 4 Vol.-%, was einer 25fachen Verdünnung des Wasserstoffgases entspricht, die mit Rücksicht auf den gleichzeitig gebildeten Sauerstoff entsprechend zu erhöhen ist. Bei einem Sicherheitszuschlag von 25% werden demnach 1,25 × 25 × 58,52 = 1829 Nliter Verdünnungsluft benötigt.

Eine Membranpumpe mit einer Förderleistung von 2500 l/h gegen 5 m Förderhöhe, wie für die Anlage mit 140A Elektrolyse-Strom vorgesehen, benötigt 2100 Nl/h Druckluft (5 bar), was der 1,15fachen Menge zur Unterschreitung der unteren Explosionsgrenze entspricht; die Anlage ist damit ausgesprochen sicher.

Letztlich wird vorgesehen, aus dem Filterbecken 8 das Klarwasser über eine Leitung 26 einem Sammelbecken 25 zuzuführen. Das Filterbecken 8 selbst kann eine eigene Rückführleitung 24 mit Dreiwegeventil 13 aufweisen, um auch über die Leitung 24 aus dem Vorlagebecken 9 filtrieren zu können.

Das Vorlagebecken 9 weist Füllstandsschalter 27, 28 auf, die die jeweilig benötigten Ventile schalten.

Fig. 2 zeigt den Reaktor 1 im Schnitt mit einem eingeschobenen Paket aus 3 Elektroden 29, 29&min;, 30 von denen beispielsweise die mittlere 30 als Opferanode geschaltet ist. Der Reaktor ist als Kunststoffrohr ausgeführt, der obere Bereich kann als Deckel ausgebildet sein. Zwischen den Elektroden 29, 30 befinden sich Abstandhalter 31, das Paket kann durch eine Verschraubung 32 - angedeutet als strichpunktierte Linien - zusammengefaßt sein.

Die Elektroden 29, 30 können gegen die seitlichen Hohlräume des rohrförmigen Reaktors 1 abgedichtet sein. Dazu kann ein seitliches, aufblasbares, sich etwa über die Länge der Elektroden erstreckendes Kissen 34 dienen, das die gegenüberliegende Elektrode 29&min; an deren oberen und unteren Längskanten 35 gegen den Innenmantel 36 des Rohres drückt.

Um ein Klemmen der mittleren Elektrode 30 zu verhindern, besitzt diese gegenüber dem Rohrdurchmesser ein gewisses Untermaß, wobei das Paket der Elektroden mittig zur Rohrlängsachse liegt.

In bevorzugter Weise können die Elektroden 29, 29&min;, 30 im Reaktor 1 durch seitliche Keile 37 gegen den Innenmantel 36 abgestützt werden, wobei sich ebenfalls zwischen den Elektroden Abstandshalter 31 befinden. Anstelle des in der Fig. links gezeigten Kissens 34 ist daher ein zweiter Keil 37 vorzusehen. Vorteilhaft ist dabei, daß die Keile nach dem Einbringen der Elektroden von beiden Rohrenden eingeschoben werden können.

Bezugszeichenliste

1 Reaktor

2 oberes Auslaufende

3 Überlaufwehr

4 rückwärtiges Reaktorende

5 Verschluß

6 Auffangbecken

7 Durchflußmesser

8 Filter

9 Vorlagebecken

10 Leitung

11 Boden

12 Schmutzwassereinlaß

13 Dreiwegeventil

14 Leitung

15 Leitung

16 Pumpe

17 Leitung

18 Druckluftleitung

19 Druckluftleitung

20 Druckluftleitung

21 Druckluftleitung

22 Ventile

23 Verteiler

24 Leitung

25 Sammelbecken

26 Rückführleitung

27 Füllstandsschalter

28 Füllstandsschalter

29, 29&min; Elektroden

30 Elektroden

31 Abstandhalter

32 Verschraubung

33 Hohlräume

34 Kissen

35 Längskanten

36 Innenmantel

37 Keile.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Reinigen von Schmutzwässern mit Hilfe von Eisen- und/oder Aluminiumelektroden, von denen mindestens eine als Opferanode geschaltet ist, wobei die Elektroden schwertartig ausgebildet und in engem Abstand parallel zueinander in einem Reaktor angeordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. a) der Reaktor (1) ist liegend, insbesondere geneigt angeordnet und umschließt das Schmutzwasser allseitig;
    2. b) das bei geneigter Anordnung obere Auslaufende (2) des Reaktors (1) ist mit einem Überlaufwehr (3) versehen, das gegenüberliegende Reaktorende (4) weist einen eigenen Verschluß auf;
    3. c) unterhalb des Wehres (3) befindet sich ein Auffangbecken (6), das über eine Rückführleitung (14) und eine Pumpe (16) mit dem rückwärtigen Ende (4) des Reaktors (1) verbunden ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des rückwärtigen Endes (4) des Reaktors (1) ein Filter (8) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das rückwärtige Ende (4) abdichtende Verschluß (5) ein aufblasbarer Balg ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffangbecken (6) kaskadenartig mit einem Vorlagebecken (9) verbunden ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (16) eine druckluftbetriebene Membranpumpe ist, deren Abluft über eine Leitung (10) an den Reaktor (1) anschließbar ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) ein vorzugsweise mit einem Deckel verschließbarer, nach oben offener Trog ist, aus dem die Elektroden nach oben herausnehmbar sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) ein geschlossenes Rohr ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich an mindestens eine äußere Elektrode ein aufblasbares Kissen (34) anliegt.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden Abstandshalter (31) vorgesehen sind.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (29, 30) mit Hilfe von seitlichen, von beiden Rohrenden einführbaren Keilen (37) gegen den Innenmantel (36) des Reaktors (1) abgestützt sind.






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