DE2520950A1 - Verfahren und vorrichtung zur abwasserbehandlung durch flotation - Google Patents

Description

DIPL.-ING. H A N S ZAPFE

PATENTANWALT

D - 605 OFFENBACH (MAIN) KAISERSTRASSE 9 BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

TELEFON (06 11) 88 27

7.Mai 1975 Zap/Fi

~Aktei_lll/16-

ETUDES ET PROCEDES D'ASSAINISSEMENT PURATOR E.P.A.P., S.A.

6, Impasse Lacetoer^
78140 VELIZY (FRANCE)

"Verfahren und Vorrichtung zur Abwasserbehandlung durch Flotation"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abwasserbehandlung durch Flotation (Schwimmaufbereitung) mittels Gasfreisetzung durch Stromfluß zwischen Elektroden, die in das Abwasser eingetaucht sind.

809811/ 1 U 6

Es wurde bereitsjein Verfahren zur Reinigung von Abwässern vorgeschlagen, in welche Elektroden eingetaucht werden, die mit einem Potential ausreichender Höhe beaufschlagt werden. Ein solches Verfahren bewirkt eine Elektrolyse des Wassers, die mit der Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff verbunden ist. Diese Gase treiben die in den Abwässern enthaltenen Verunreinigungen an die Wasseroberfläche. Bei einem derartigen Verfahren hat man bereits die Anwendung zweier unterschiedlichen Techniken vorgeschlagen:

1. Die verwendeten Elektroden sind beständig gegen das Wasser oder die bei der Elektrolyse entstehenden Gase. Diese an sich brauchbare Technik ist mit dem Nachteil verbunden, daß einerseits teuere Elektroden verwendet werden müssen, und daß diese Elektroden sich andererseits rasch durch Ablagerungen zusetzen.

2. Von den Elektroden besteht eine (die Katode) aus einem beständigen Metall und eine Elektrode (Anode) aus einem unbeständigen Metall wie Aluminium. Der sich bildende gasförmige Sauerstoff greift die Anode an, in-dem er das betreffende Metallhydroxyd in Form sehr leichter Flocken bildet, die für die Rückgewinnung der Verunreinigungen dienen. Ein derartiges Verfahren ist durch die FR-PS 2 116 435 bekannt. Dort ist die Verwendung einer beständigen und einer aus Aluminium bestehenden Elektrode offenbart. Diese Elektroden werden mit einem Wechselstrom relativ hoher Frequenz beaufschlagt, d.h. einer Frequenz die ein Vielfaches der üblichen Netzfrequenz von 50 Hz ist. Außerdem wird bei dem bekannten Verfahren eine Rührbewegung des behandelten Abwassers

609816/1U8

in der Weise durchgeführt, daß die Verunreinigungen letzten Endes im Sumpf des Behälters ausgefällt werden, in dem die Behandlung durchgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abwasserbehandlung anzugeben, bei dem die Behandlung ausschließlich in einer Flotation der Verunreinigungen besteht, bei dem das Entstehen von gasförmigem, freiem Sauerstoff während der Behandlung vollständig vermieden wird und bei dem das Zusetzen der Elektroden auf ein Minimum reduziert wird, damit eine kontinuierliche Verfahrensführung ermöglicht wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs/beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß zwei Elektroden aus einem unbeständigen Metall in das Abwasser eingetaucht und mit einem alternierenden Strom versorgt werden, wobei die Änderung der Stromrichtung zwischen den Elektroden, die zeitweise als Anode und zeitweise als Katode geschaltet sind, mit einer Zeitfolge zwischen 10 und 3600 See. erfolgt.

Gemäß der Erfindung bestehen die beiden Elektroden aus einem unbeständigen Metall. Dieses Metall wird aus der Gruppe derjenigen Metalle ausgewählt, die in Gegenwart des unter Elektrolysebedingungen entstehenden Sauerstoffs unter Bildung mindestens eines Hydroxyds des betreffenden Metalls reagieren. Geeignete Metalle sind beispielsweise Aluminium, Magnesium, Zink und Eisen. Mit gleichem Vorteil können Legierungen verwendet werden, die mindestens eines dieser Metalle enthalten. Die Elektroden werden mit Gleichstrom versorgt, dessen Richtung jedoch umgekehrt wird.

60981 S/1 US

~⁴~ 252095Ü

Unter diesem sogenannten alternierenden Gleichstrom ist ein solcher elektrischer Strom zu verstehen, bei dem während einer vorgegebenen Zeitdauer die eine der Elektroden konstant die Rolle einer Anode spielt, während die gleiche Elektrode anschließend die Rolle einer Katode spielt. Erfindungsgemäß liegt jede dieser Zeiten zwischen 10 und 3600 see.

Wenn die Umpolung mit höherer Frequenz, beispielsweise mit Netzfrequenz, erfolgt, tritt sehr rasch das Phänomen einer Blockierung der Elektrolyse durch die Bildung einer isolierenden Schicht auf jeder der Elektroden auf. Dies geschieht, weil die Schutzschicht aus Aluminiumoxyd, die auf einerElektrode aus Aluminium während einer Halbwelle gebildet wird, während der nachfolgenden Halbwelle keine Zeit zur Ablösung hat.

Wenn sich im Gegensatz dazu die Umkehrung der Stromrichtung mit einer zu niedrigen Frequenz vollzieht, ist die Elektrode, die das Hydroxyd bildet und zu lange die gleiche Polarität beibehält, die Fläche, die sich zusetzt und dabei das Produkt durch das Hydroxyd ablagert.

Um einen brauchbarai Oberflächenzustand der beiden Elektroden zu erhalten,ist es daher von wesentlicher Bedeutung, den Frequenzbereich für die alternierende Strombeaufschlagung so zu wählen, daß eine Zeitfolge zwischen 10 und 3600 see. eingehalten wird.

Die erfindungsgemäßen, aus einem unbeständigen Metall bestehenden Elektroden werden während der Behandlung allmählich verbraucht. Es ist dabei wünschenswert, daß der Verbrauch beider Elektroden mit gleicher Geschwindigkeit erfolgt. Um dies zu erreichen, wird vorgesehen, daß beide Elektroden hinsichtlich ihrer Abmessungen und ihrer Beschaffenheit identisch sind. In diesem Fall wird vorzugsweise angestrebt,

60981S/1U6

-⁵~ 2b209bÜ

während der aufeinander-folgenden Halbwellen der Stromversorgung die gleiche Stromstärke und die gleichenZeitspannen anzuwenden. Wenn im Gegensatz dazu die eingesetzten Elektroden unterschiedlich ausgebildet sind, kann Dian^um Zwecke einer Vereinheitlichung der Verbrauchsgeschwindigkeit aufeinander-folgende Halbwellen anwenden,die hinsichtlich ihrer Zeitdauer oder ihrer Stromstärke voneinander verschieden sind, oder man setzt Elektroden unterschiedlicher Form und Masse ein.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von Bedeutung, daß die Gaserzeugung im allgemeinen sehr viel größer ist als die Gasfreisetzung bei einer Elektrolyse unter Verwendung von beständigen Elektroden. Das unbeständige, in der Regel aktivierte Metall reagiert aufgrund der elektrischen Umpolung· häufig von sich aus mit dem umgebenden Wasser. Wenn Aluminium als Körper für die Elektroden verwendet wird, entsteht Wasserstoff durch die Elektrolyse des Wassers und eine zusätzliche Menge Wasserstoff durch die Reaktion:

2Al + (x + 3)H₂O-*> Al₂O₃, XH₂O + 3H₂

Eine analoge Reaktion entsteht mit den anderen, erfindungsgemäß verwendbaren unbeständigen Metallen, wie beispielsweise mit Magnesium. Die Intensität einer solchen Reaktion hängt von dem verwendeten Metall und den Betriebsbedingungen ab, insbesondere von der Temperatur. Das Hydroxyd des unbeständigen Metalls entsteht in Form von Flocken. Es ist ein starkes Adsorptionsmittel gegenüber zahlreichen Verunreinigungen und spielt daher eine wichtige Rolle bei dem Reinigungsverfahren. Es gibt darüberhinaus einen alkalischen pH-Wert und wird schließlich leicht durch die während der Behandlung freigesetzten Gase zur Oberfläche des behandelten Wassers getrieben. Auf diese Weise werden die Abwasser ausschließlich durch die Anwendung des Prinzips der Flotation gereinigt, d.h. die Verunreinigungen werden an der Wasseroberfläche angesammelt.

S09815/1 US " ⁶ ~

Bei vorgegebener Intensität ist die während der erfindungsgemäßen Behandlung verbrauchte elektrische Leistung eine Funktion der angelegten Spannung und insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums und des Abstandes zwischen den Elektroden. Es ist dabei möglich, die elektrische Leitfähigkeit des Mediums durch Zugabe eines Elektrolyten zu verändern, wie dies beispielsweise bereits bekannt ist.

In einigen Fällen ist es jedoch ebenso wünschenswert, Elektroden zu verwenden, deren Form dem erfindungsgemäßen Behandlungsverfahren besonders angepasst ist. Solche Elektroden haben in besonders vorteilhafter Weise die Form zweier Kämme, wobei die Zinken des einen in die Zinken des anderes Kammes eingreifen. Solche Elektroden können beispielsweise im voraus hergestellt werden, indem zwischen die beiden Elektroden eine Schicht eines Isolierstoffes eingebracht wird,wie beispielsweise Firnis bzw. ein Isolierlack.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Vorrichtungen von sehr unterschiedlicher Form und Größe durchgeführt werden. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der FR-PS 72.26 280 beschrieben.

Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen, bzw. Vorrichtungsteilen (Elektroden) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens seien nachfolgend anhand der Figuren 1-3 näher beschrieben:

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische schematische Dar

stellung einer Elektrodeneinheit,

Figuren 2 und 3 schematische Ansichten zweier Vorrichtungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Flotationsverfahrens.

- 7 6098 15/1 146

Gemäß Figur 1 besteht die Elektrodeneinheit aus zwei Elektroden 1 und 2. Jede dieser Elektroden besitzt einen Teil 3 für die Stromzuführung und einen Teil, der die eigentliche Elektrode bildet. Diese beiden Teile sind im allgemeinen einstückig in der Weise ausgebildet, daß kein elektrischer Anschlußinnerhalb des wässrigen Bades liegt. Derjenige Teil, der die eigentliche Elektrode bildet, hat die Form eines Kammes mit einer Anzahl von Zinken 4. Gemäß Figur 1 besitzt die Elektrode 1 vier Zinken und die Elektrode 2 drei Zinken. Diese Zinken greifen ineinander in der Weise ein, daß beiden Elektroden nur durch einen Isolierstoff von-einander getrennt sind, der sich in der Trennfuge befindet. Diejenigen Teile der Elektrode, welche die Stromzuführung 3 bilden, sind gleichförmig mit einem Schutzlack überzogen. Auf einer solchen Elektrodenart können bei deren Herstellung entsprechend ausgeschnittene ebene Metallplatten angebracht werden. In einem solchen Fall wird vorzugsweise die innere Oberfläche einer jeden Elektrode mittels eines Schtzlacks in der Weise überzogen, daß die betreffende Oberfläche bei der Behandlung inaktiv ist. Es ist gleichfalls möglich, eine Platte aus perforiertem Metall oder aus Streckmetall zu verwenden, wobei in diesem Fall beiden Elektrodenflächen zum Einsatz kommen.

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine quaderförmige Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einem quaderförmigen Behälter 11, der teilweise durch eine Trennwand 12 in zwei Zonen unterteilt ist. Trennwände 13 und 14 begrenzen innerhalb des Behälters 11 eine Einspeisezone 15, eine Ablaufzone 16 für das behandelte Wasser und eine ruhige Zone, in der die Flotationsbehandlung durchgeführt wird. Diese ruhige Zone enthält eine

609815/1 UB

Elektrodenanordnung 17, die mit einer Stromquelle 18 verbunden ist. Die Verunreinigungen 19, die sich auf der Oberfläche ansammeln, können durch eine geeignete Vorrichtung entfernt werden.

Obwohl der Gasstrom (Wasserstoff) brennbar ist, ist es praktisch unmöglich, dieses in der Schicht von schwimmenden Verunreinigungen enthaltene Gas zu entzünden, selbst wenn man versucht, dieses Gas mit Hilfe eines Brenners zu entflammen. Es bildet sich auf der Oberfläche des Wassers ein Schaum, der aus gasgefüllten Hohlräumen sehr kleiner Abmessungen gebildet wird, deren Wände aus einem wässrigen Film bestehen. Dieser wässrige Film unterbindet jede teilweise Entflammung, die entstehen könnte.

Figur 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung vom kreisförmigen Querschnitt für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter 21, der in seiner Mitte ein senkrecht stehendes Rohr 22 besitzt. In der Nähe der Behälterwandung befindet sich eine Trennwand 23, die in den Behälter 21 hinein-ragt und einen ringförmigen Raum für das Wasser abgrenzt. Das Schmutzwasser wird über eine Leitung 24 im Boden des Behälters 21 in das senkrechte Rohr 22 eingespeist. Eine Elektrodenanordnung 25 befindet sich innerhalb des unteren Teils des Rohres 22. Das behandelte Wassew26 fließt über einen Überlauf auf dem Umfang des ringförmigen Raumes ab. Die Verunreinigungen bilden eine Schaumschicht 27 und werden durch bekannte Mittel entfernt.

Beispiel 1:

Abwasser aus einem Schlachthof mit einem chemischen Sauerstoffverbrauch (D.C.O) von 2200 ppm wird in einer Menge von

B 0 9 8 U / 1 1 A 8

100 Litern pro Stunde in eine erfindungsgemäße Flotationsvorrichtung eingespeist. Die Elektroden bestehen dabei aus Aluminium. Die angelegte Spannung beträgt

ο größenordnungsmäßig etwa 8V, die Stromdichte etwa 50A/m . Die Umpolung des elektrischen Stroms wird in Abständen von 5 Minuten durchgeführt.

Es ist rasch zu beobachten, daß sich die fettigen und kotigen Bestandteile an der Oberfläche ansammeln. Die behandelte Flüssigkeit hat nach einer Behandlungszeit von 30 Minuten einen Sauerstoffverbrauch (D.CO.) von nicht mehr als 700 ppm. Sie ist fast vollständig von suspendierten und koloidalen Stoffen befreit.In dem behandelten Abfluß findet sich allein eine lösliche Verunreinigung, die im Durchschnitt zu einer schwach gelblichen Färbung führt, die für den restlichen Sauerstoffverbrauch verantwortlich ist.

Beispiel 2:

Hierbei wirdgemischtes Abwasser eingesetzt, weichesaus städtischen Abwässern und aus den Abwässern eines Schlachthofes besteht und einen chemischen Sauerstoffverbrauch von 1700 ppm besitzt Dieses gemischte"Abwasser wird der erfindungsgemäßen Behandlung unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 unterzogen.

Wiederum sammeln sich die festen Stoffe, die im wesentlichen aus Fett und Kot bestehen,an der Oberfläche an. Keine Teilchen außer Sand und Erdkörnern sinken zum Boden der Vorrichtung. Nach etwa einer halben Stunde fließt das Wasser klar ab. Für dieses Wasser wird ein Sauerstoffverbrauch von angenähert 200 ppm erreicht. Der Wirkungsgrad im Bezug auf den Sauerstoffverbrauch liegt daher bei 87%. Der anfängli-

- 10 -

8098 1 S / 1 148

ehe Phosphatgehalt von etwa 15 ppm ist auf 8 ppm abgesunken. Der pH-Wert des Abflusses am Ausgang der Vorrichtung liegt bei etwa 8,3. Dieser ρH-Wert ist im wesentlichen konstant, wenn die Vorrichtung mit anderen Abwässern beschickt wird.

Beispiel 3:

Ein mit emulgierten Kohlenwasserstoffen beladenes Abwasser wird unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 behandelt. Das müchige Aussehen der behandelten Emulsion verschwindet in etwa 40 Minuten. Bei Beendigung des Versuchs ist das behandelte Wasser vollständig klar und frei von Kohlenwasserstoff.

Für ein solches, mit emulgierten Kohlenwasserstoffen beladenes Wasser sind eine Elektro-Flotation nach bekannten Verfahren oder eine Flotation durch Entspannung unter Druck stehenden Wassers^inwirksam, weil diesen Behandlungsarten keine Ausflockung vorausgeht.

- 11 -

609815/1 1 46

Claims (6)

2b2095Q

1. Verfahren zur Abwasserbehandlung durch Flotation mittels Gasfreisetzung durch Stromfluß zwischen Elektroden, die in das Abwasser eingetaucht sind, dadurch gekennzeichnet.daß zwei Elektroden (1,2) aus einem unbeständigen Metall in das Abwasser eingetaucht und mit einem alternierenden Strom versorgtwerden, wobei die Änderung der Stromrichtung zwischen den Elektroden, die zeitweise als Anode und zeitweise als Katode geschaltet sind mit einer Zeitfolge zwischen 10 und 3600 see. erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmetall aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Eisen, Zink bzw. aus Legierungen dieser Metalle ausgewählt wird, wobei die Legierungen merkliche Anteile mindestens eines dieser Metalle enthalten.

3. Verfahren, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Elektroden aus dem glei chen Werkstoff bestehen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem Flotationsbehälter, in dessen Sumpf Elektroden angeordnet sind, aus einem Zulauf für das Abwasser, einem Ablauf für das behandelte Wasser und aus einer Einrichtung für das Entfernen des während der Behandlung auf der Wasseroberfläche gebildeten Schaums, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Elektroden (1,2) in der Weise einteilig ausgebildet sind, daß kein elektrischer Anschluß im Wasser angeordnet ist.

- 12 -

6 0 9 8 1 5 / 1 U R

V52095Q

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (1,2) die Form eines Kammes mit Zinken (4) besitzt, wobei die Zinken der einen Elektrode in die Zinken der anderen Elektrode eingreifen und wobei die Elektroden durch eine dünne Lage eines Isolierstoffes getrennt sind.

609816/1U6