DE4329272C1 - Vorrichtung zur Reinigung von Schmutzwässern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von Schmutzwässern auf elektrochemischem/elektrophysikalischem Wege, mit Hilfe von mit Strom beaufschlagten Eisen- und/oder Aluminiumelektroden, wobei die Anode als Opferanode wirkt und jeweils Eisen oder Aluminium (als Hydroxid) an das Wasser abgibt und neben anderen Effekten eine Flockung des Schmutzes bewirkt, um diesen ausschleusen zu können. Gleichzeitig ent­ stehen an den Elektrodenoberflächen Wasserstoff und Sauer­ stoff, die in Form von kleinen Gasbläschen aufsteigen, und oxidativ und reduktiv auf das Wasser einwirken.

Ein derartiges, Elektroflotation genanntes Verfahren ist z. B. aus der DE-PS 36 41 365 bekannt. Dabei werden senkrecht stehende, bis zum Boden des Schmutzwasserbehälters reichende, mäanderförmige Plattenpakete verwendet, wobei das erste Plat­ tenpaket aus Eisen, und das zweite Plattenpaket aus Aluminium besteht, zwischen denen in horizontaler Strömung das Schmutz­ wasser bewegt wird.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist eine nicht ausrei­ chende Stromausbeute, die u. a. auf Brückenbildung im unteren Teil des Gefäßes beim Durchlauf des Mäanders zurückzuführen ist, weiterhin ein komplizierter Aufbau sowie ein vorzeitiger Verschleiß der Elektroden an den Schweißnähten und die Not­ wendigkeit, das gesamte Paket auswechseln zu müssen, wenn eine Fläche auszutauschen ist, zusätzlich ist ein separates Schaumbecken erforderlich.

Aus dem DE-88 03 969-U1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen und Aufbereiten von Abwasser mittels Elektroflotation bekannt, bei welcher einzelne senkrecht in ein Wasserbad tauchende stabförmige Elektroden verwendet werden, die als Opferanoden geschaltet sind. Abwasser wird hierbei seitlich zugeführt und seitlich abgeleitet, wobei gleichzeitig über eine in Höhe der Badoberfläche angeordnete Zuleitung weiteres Wasser zugegeben wird, um an der Oberfläche gebildeten Schaum auszuspülen.

Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine höhere Effektivität, insbesondere eine höhere Stromausbeute je Flächeneinheit der Elektroden ermöglicht und bei welcher gleichzeitig die Abtrennbarkeit der gebildeten Niederschläge verbessert werden soll. Weiterhin soll ein schneller und einfacher Aus- und Einbau der Elektroden möglich sein und die Verfahrensbedingungen in der Vorrichtung an individuelle Bedürfnisse hinsichtlich der jeweiligen Verunreinigungen (Art, Größe, Teilchenkonzentration) anpaßbar sein und ein nachgeschaltetes Schaumbecken nicht erfordern.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer die Merkmale des vorliegenden Hauptanspruches aufweisenden Vorrichtung, vor­ teilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Behandlung ver­ schiedenartiger Schmutzwässer mit unterschiedlichen Bela­ stungsstoffen. Hierzu werden in der Vorrichtung z. B. drei Eisen- und/oder Aluminiumelektroden mit regelbarem Gleich­ strom von 3 bis max. 48 Volt beaufschlagt. Die Elektroden sind in Schwertform (Flachmaterial) parallel nebeneinander, senkrecht stehend, angeordnet, so daß im Normalfall die mittlere Elektrode als Kathode verwendet wird. Durch Verände­ rung der Polarität kann auch eine Änderung der Elektroden erfolgen, wobei hierdurch eine automatische Reinigung der Metalloberfläche erzielt wird.

Durch die elektrolytische Wirkung zwischen Anode und Kathode wird H₂O gespalten, Sauerstoff und Wasserstoff werden freige­ setzt. Wasserstoff wirkt auf die Belastungsstoffe reduzie­ rend, und der Sauerstoff wirkt oxidierend. Von den Eisenan­ oden wird Eisenhydroxid in Feinstform freigesetzt, das mit den Belastungsstoffen reagiert. Von den Aluminiumanoden wird Aluminiumhydroxid freigesetzt, das ebenfalls mit den Bela­ stungsstoffen reagiert. Die Verwendung von Eisen- und/oder Aluminiumanoden ist von der Schmutzwasserbelastung und Reak­ tion abhängig.

Durch den Eintrag von Materialien über die Opferanoden wird eine stark aufnahmefähige Flockung erzielt, mit der auch feinste Schwebstoffe aufgenommen werden.

Durch die o. g. Reaktion kann auch eine pH-Veränderung erfol­ gen, die ebenfalls eine Fällung verschiedenartiger Schwer­ metalle zur Folge hat. Erfindungsgemäß sind Belastungsstoffe wie z. B. CSB, BSB, AOX zu minimieren und Schwermetalle aus­ zufällen. Durch den Eintrag der Oxide von den Opferanoden sind Entfärbungen von Textilabwässern oder Holzbeizen mög­ lich. Durch die Einwirkung der unterschiedlichen Reaktionen werden auch Emulsionen gebrochen.

Die gebildeten, ausoxidierten Belastungsstoffe werden als Flocken in eine Filtration zur Abscheidung gefördert. Dies bedeutet, daß die Vorrichtung ausschließlich zur chemisch­ physikalischen Reaktion verwendet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine sehr genaue Abstimmung der Verfahrensparameter auf die Gegebenheiten des zu behandelnden Wassers möglich. Insbesondere kann die Strö­ mungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Wassers an die Sinkge­ schwindigkeit der Ausflockung angepaßt werden, d. h. deren Verweilzeit zwischen den Elektroden kann in weiten Grenzen variiert werden, um z. B definierte Korngrößen für eine weitere Abfiltrierung zu erzeugen, bzw. ein Absinken der Flocken auf den Zellenboden zu verhindern.

Die Vorrichtung ist technisch wenig aufwendig, die Elektroden sind einfach ebene Elemente ohne Schweißstellen, sie können von oben nach unten in den Elektrolysebehälter eingehängt und ebenso leicht ausgetauscht werden.

Der erfindungsgemäße Umlauf innerhalb des Beruhigungsbeckens führt wegen der Entnahme und Rückführung des Wassers in den Behälter von dessen Badoberfläche zu turbulenzfreien Verhält­ nissen im Beruhigungsbehälter, so daß bei entsprechender Zu­ führung von frischem, unbehandeltem Wasser und/oder bei Kas­ kadenanordnung neben einer absatzweisen Fahrweise auch eine kontinuierliche Aufarbeitung unter Entnahme der abgesunkenen Abflockungen vom Behälterboden möglich ist.

Die an den Elektroden gebildeten Gasbläschen können zu einer starken Schaumbildung führen, die sich nachteilig auf den Prozeß auswirken kann. Erfindungsgemäß kann jedoch der Aufbau einer starken Schaumschicht oder eines nennenswerten Schaumes überhaupt verhindert werden, in dem man aus dem Becken oder aus dem Behälter Flüssigkeit abzieht und auf die Badoberflä­ che über Düsen ausbringt und so den Schaum niederschlägt. Durch das Zerstören des Schaumes wird andererseits das aufge­ düste Wasser so stark abgebremst, daß eine Aufwirbelung des Beckeninhaltes unterbleibt.

Die Eindüsung der Schaumphase hat noch weitere Vorteile. Von den Belastungsstoffen wird ein stichfester Kuchen oder kom­ primierter Schlamm zur Entsorgung im weiteren Prozeß produ­ ziert, wobei eine Schaumphase nur mit Nachteilen in eine solche Einrichtung transportierbar ist. Niveauüberwachungen sind häufig durch Schaumbildung und Ablagerung nachteilig und störanfällig. Durch die Eindüsung und Umwälzung werden die bereits gebildeten Flocken wieder dem Reaktionsprozeß zuge­ führt, und können daher weitere Belastungsstoffe aufnehmen und sich vergrößern. Durch erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und Umwälzung mit Verwirbelung im Behälter ist auch eine beschleunigte Reaktion festzustellen.

Das zu behandelnde Rohwasser wird über Pumpendruck in den unteren Teil der Reaktionseinrichtung, vorzugsweise in eine sogenannte Einlauf und Wirbeldüse geführt, und strömt zwi­ schen den Reaktionselektroden an die Oberfläche des Reakti­ onsgefäßes. Durch die Einströmung im unteren Bereich mit Verwirbelung und entsprechender Strömungsgeschwindigkeit in den oberen Austrittsbereich werden auch Feststoffanteile mit der Bläschen- und Flockenbildung an die Oberfläche geführt. Eine Ablagerung der Feststoffanteile mit Verschlammung wird hiermit vermieden, und alle Feststoff- und Belastungsstoffe der weiteren Filtration zugeführt.

Die Vorrichtung zeigt einen weiteren Flexibilitätsvorteil, da Schmutzwässer mit sehr unterschiedlichen Leitwerten behandelt werden können, wenn die Stromregelung 3 bis 48 V nicht aus­ reicht. Hierzu sind weiterhin die äußeren Elektroden, z. b. durch Kunststoffstellschrauben in ihrem Abstand verstellbar und können dem Leitwert angepaßt werden, ohne die bisher hierbei notwendige hohe Salzzugabe.

Die Reaktionselektroden sind unabhängig voneinander im Reak­ tionsbehälter eingestellt und je mit einem Stromzuführkabel verbunden. Bei unterschiedlichem Verbrauch der Opferanoden können diese auch leicht separat gewechselt und erneuert werden.

Durch das geringe Materialgewicht ist keine Zusatzeinrichtung zum Wechsel erforderlich.

Mit einer Zuführpumpe wird das zu behandelnde Rohwasser über das Ventilsystem in das Reaktionsgefäß gefördert. Durch die Wirbelkammer im unteren Bereich des Reaktionsgefäßes entsteht eine vorteilhafte Turbulenz. Das Rohwasser, das ggf. vor dem Reaktionsprozeß entsprechend seiner Belastung durch Neutrali­ sation, Entgiftung, Ölabscheidung etc. vorbehandelt ist, durchströmt zur Behandlung die zwei Freiräume zwischen den insbesondere drei Reaktionselektroden. Mit Einschaltung der Zuführpumpe erfolgt gleichzeitig die Stromzuführung zur Reak­ tion. Das behandelte Wasser strömt anschließend aus dem Reak­ tionsbehälter in den Vorlagebehälter, in dem der Reaktions­ behälter integriert ist. Nach Erreichen des Füllniveaus (max) wird die Rohwasserzuführung beendet und der Umwälzzyklus mit Schaumniederschlag beginnt zeitgesteuert.

Die Regelung der Umwälzung und Eindüsung erfolgt mittels Ven­ tilen. Nach Ablauf der Behandlungszeit kann mit gleicher Pum­ pe das Wasser dem weiteren Behandlungsprozeß (Filtration) zugeführt werden, und anschließend erfolgt ein erneuter Chargenprozeß.

Im Durchlaufverfahren wird die Umwälzung und der Schaumnie­ derschlag mit einer weiteren Pumpe realisiert und das Niveau im Behälter entsprechend der Abnahme (Filtration) verändert. Die Wasserentnahme aus dem Behälter zur Filtration erfolgt ebenfalls mit separater Pumpe.

Die Stromzufuhr wird über eine Ampereerfassung und Regelung mit Voreinstellung geregelt. Zur Vermeidung von Überhitzung des Wassers durch den Energieeintrag ist eine Temperaturüber­ wachung vorgesehen. Die Steuerung der Anlage erfolgt über eine frei programmierbare Steuerung.

Das vorliegende Verfahren arbeitet im Wesentlichen ohne zusätzlichen Eintrag von Chemikalien, abgesehen von dem über die Opferanode als Hydroxid eingebrachten Metall und den pH regulierenden Mitteln. Eine zusätzliche Oxidation kann unter Umständen vorteilhaft sein, und durch Zugabe von Sauerstoff (auch als Ozon) erfolgen.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfin­ dung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer geeigneten Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 zeigt eine vorzugsweise Möglichkeit zur Einstel­ lung des Elektronenabstandes.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer geeigneten Vorrichtung im Schnitt gemäß der vorliegenden Erfindung. In einem Gehäuse 1 mit vier Wandungen sind von oben, in vorgeb­ barem Abstand zueinander, Elektroden 3, 4 eingeführt. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, das Gehäuse selbst als Kathode zu schalten, und in dieses eine Opferanode eintauchen zu lassen.

Die Elektroden sind in der Darstellung gestaffelt, vorgezogen werden Elektroden mit äußerer gleicher Polung. Die Elektroden sind sehr einfach aufgebaut, sie haben eine schwertförmige Kontur, können im Gehäuse geführt sein, weisen keine Schweiß­ nähte auf, und besitzen obere der Bohrungen 15 an denen sie aufgehängt werden können.

Außen am Behälter 1 ist eine Leitung 6 verlegt, über die zu behandelnde Flüssigkeit am Boden des Behälters eingebracht werden kann. Die Flüssigkeit kann dabei mit relativ hoher Geschwindigkeit gegen eine Ausrundung 12 des Bodens 2 gepumpt werden, um eine hohe Turbulenz zu erzeugen, sie kann aber auch nach Bedarf mit geringerer Geschwindigkeit eingetragen werden, um hohe Verweilzeiten zu erzielen, d. h. insbesondere Ausflockungen wachsen lassen zu können.

Das zu behandelnde, verunreinigte Wasser gelangt beim Auf­ steigen zwischen die Elektroden 3, 4, an denen z. b: eine Spannung von 3 bis 48 V bei 10 bis 300 Ampere anliegt, wobei das Wasser selbst vorzugsweise auf einen pH von 5 bis 9 eingestellt ist. Als für viele Fälle gut geeignete Strömungs­ geschwindigkeit zwischen den Elektroden 3, 4 hat sich eine solche von etwa 0,1 bis 0,5 m/sec. herausgestellt.

Als Material für die Schwertelektroden, dient je nach Behand­ lungszweck Eisen und/oder Aluminium, wobei bei Wechsel des zu behandelnden Abwassers (oder der zu behandelnden wäßrigen Lösung) sich als besonders vorteilhaft herausstellt, daß die Elektroden auf sehr einfache Weise gewechselt werden können.

Das Wasser tritt aus dem Behälter 1 über dessen oberen Rand aus, und gelangt in das Beruhigungsbecken 5, das an die Zufuhrleitung 21 und die Ableitung 22 angeschlossen ist, und wird über das obere Ende der Leitung 6 wieder an den Boden des Gehäuses 1 zurückgegeben. Dabei kann zunächst bei gerin­ ger Ausflockung Wasser zunächst vom Boden des Beruhigungs­ beckens über die Leitung 8 gegebenenfalls filtriert und zurückgeführt werden, nach Erreichen einer gewünschten Kon­ zentration jedoch von einem Bereich niedriger Konzentration an Feststoff, aus einer Zone dicht unterhalb der Badoberflä­ che 7, z. B. über einen eigenen Auslaß 16, oder grundsätzlich als Überlauf in die Leitung 6.

Ebenso kann die Badflüssigkeit mit Hilfe der Leitung 8 und Hilfe der Pumpe 9 über Düsen 10 auf die Badoberfläche 7 gesprüht werden, um sich bildenden Schaum niederzuschlagen.

Der Beckenboden 17 ist vorteilhaft zur Entnahmeleitung 8 hin geneigt, um abgesunkenen Schlamm leichter abziehen zu können; zwischen die Elektroden 3, 4 sind Distanzstücke 13 einge­ bracht.

Die Vorrichtung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden, die Elektrodenabstände können, ebenso wie die Durchsätze zwischen den Elektroden, in weiten Bereichen variiert werden.

In Fig. 2 ist eine sehr einfache Möglichkeit zur Anpassung der Elektrodenabstände voneinander in der Draufsicht gezeigt.

Vier Gehäusewandungen 18, 19 umgeben hier zwei Kathoden 3 und eine mittlere Anode 4. Zwischen die Elektroden ragen Distanz­ stücke 13 mit elektrisch isolierten Bolzen 20, wobei die Bolzendurchmesser variiert werden können. Die Distanzstücke 13 sind in die Gehäusewandungen 19 geschraubt, maximal ent­ spricht dabei der Elektrodenabstand also dem Gewindedurchmes­ ser des Distanzstückes 13, wenn dieses von außen einschraub­ bar sein soll. Die Elektroden 3, 4 werden hierbei durch Klemmschrauben 14 gegen die Bolzen 20 gelegt, die ebenfalls isoliert sind. Die Elektroden können abgedichtet gegen die Gehäusewandung 19 anliegen, so daß ein ausschließlicher Flüssigkeitstransport zwischen den Elektroden möglich ist.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Schmutzwässern mit Hilfe von Eisen- und/oder Aluminiumelektroden, bestehend aus einem das Schmutzwasser aufnehmenden Gehäuse, in dem die Elek­ troden senkrecht angeordnet sind und mindestens eine als Opferanode geschaltet ist sowie einer Wasserzufuhr, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) die Elektroden (3, 4) sind schwertartig ausgebildete Platten und werden vom Gehäuse (1) in engem Abstand umgeben oder das Gehäuse (1) liegt gegen die Schwert­ kanten an
• b) das Gehäuse (1) befindet sich innerhalb eines Beruhigungsbeckens (5), hat einen eigenen Boden, ist nach oben hin offen und mit einem Überlaufrand, der gleichzeitig der obere Gehäuserand ist, versehen;
• c) über eine Leitung (6) ist mit Hilfe einer Pumpe Wasser unterhalb der Badoberfläche des Beruhigungsbeckens ent­ nehmbar und am Boden (2) des Gehäuses (1) über die Wasserzufuhr zuführbar;
• d) oberhalb der Badoberfläche des Beruhigungsbeckens (5) sind Sprühdüsen (10) angeordnet, die über eine Pumpe (9) und eine Entnahmeleitung (8) mit dem Beruhigungs­ becken verbunden sind, wobei die Sprühdüsen (10) auf die Badoberfläche gerichtet sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden (2) ausgerundet und der Zulauf (11) der Leitung (6), zur Erzeugung einer Verwirbelung, gegen die Ausrundung (12) gerichtet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen die Elektroden (3, 4) Distanzstücke (13) einführbar sind, gegen welche die Elektroden (3, 4) durch Klemmschrauben (14) festlegbar sind.