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Verfahren zur Ausscheidung fester Stoffe oder von Kolloiden aus Flüssigkeiten
mittels elektrischen Stromes Die Abwässer der meisten chemischen Betriebe sind stark
verunreinigt. Deshalb ist eine Klärung dieser Abwässer teils aus hygienischen, teils
aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich. In vielen Fällen wird es als störend
empfunden, daß auch im Gebrauchswasser technischer Betriebe, welches z. B. aus Flüssen
oder anderen Gewässern entnommen wird, Schmutz-Schlamm-Tonteilchen, Metalloxyde,
Hydroxyde od. dgl. enthalten sind. Auch -die Abwässer der Zechen führen vielfach
starke Verunreinigungen, z. B. in Form von Kohlenschlamm, "@ufbereitungsschlämmen
od. dgl., mit sich.
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Die Beseitigung dieser Verunreinigungen, die z. B. in kolloidaler
und kristalliner Form vorliegen können, ist daher ein vordringliches Problem, das
jedoch mit den in der Industrie zur Zeit bekannten Klär- und Filtervorichtungen
kaum gelöst «erden kann, da diese wirtschaftlich nicht tragbar sind.
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Außer den mechanisch arbeitenden Filtervorrichtungen ist das Ausklären
unreiner Wässer mit Hilfe eines elektrischen Feldes bekannt. Hierbei wird die Flüssigkeit
in ein elektrisches Feld gebracht, wobei die Verunreinigungen je nach ihrer elektrischen
Aufladung in der Flüssigkeit entweder zur Kathode oder zur Anode wandern. Da jedoch
diese unter dem Namen Elektrophorese bekannte Klärung selbst bei zusätzlicher Verwendung
von Fällungsmitteln (Patentschriften -29d. 957 und 278 369) äul';erst langsam vor
sich geht, wurde in der Industrie hiervon fast kein Gebrauch gemacht.
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Bei den Verunreinigungen der Wässer handelt es sich um Zerteilungen
von grob-dispersen bis molekular
-dispersen Mischungen. Die festen
Teilchen besitzen in den meisten Fällen eine positive oder negative Aufladung bzw.
erhalten diese in Folge ihrer Bewegungen im flüssigen Mittel oder durch Adsorption
von Ionen. Haben diese Teilchen untereinander gleichen Ladungssinn, so können sie,
ausgenommen grob-disperse Systeme, nur ausgeschieden werden durch zwangsläufige
Bewegung in einem elektrischen Feld oder aber durch Zugabe von Fällungsmitteln,
die elektrisch entgegengesetzt geladen sind.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Ausscheidung in kurzer
Zeit, z. B. von wenigen Minuten, dadurch zu bewerkstelligen, daß' unter Zuhilfenahme
eines elektrischen Feldes bei gleichzeitiger Anwesenheit feinster Gasblächen eine
Ausscheidung bzw. Ausflockung stattfindet mit gleichzeitigem Transport dieser Teilchen
entweder an die Flüssigkeitsoberfläche oder in manchen Fällen auch zum Boden des
Gefäßes.
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Die Flüssigkeit wird zu diesem Z%veck beispielsweise durch einen Behälter
geleitet, an dessen Boden sich zweckmäßig die Kathode befindet, während die Anode
an der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet sein kann. Die Anwendung einer Stromstärke
von z bis 15 Amp./dm2 Elektrodenfläche genügt in den meisten Fällen, um in etwa
2 bis 1o Minuten die Verunreinigungen auszuflocken und in Folge einer vorzugsweise
durch elektrolytische Zersetzung hervorgerufenen Gasblasenbildung an der Kathode
den Transport der Flocken an die Oberfläche zu bewirken. Der letzte Effekt wird
im wesentlichen durch die Gasblasen hervorgerufen, da nicht wie bei der Elektrophorese
die Verunreinigungen getrennt nach ihrem Ladungssinn wandern, sondern ausschließlich
nach der Richtung gefördert werden, lvelche die Gasblasen innehaben.
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Die Anordnung der Anode an der Oberfläche der Flüssigkeit und der
Kathode am Boden des Flüssigkeitsbehälters bedingt je nach dem Grad der Leitfähigkeit
der behandelten Flüssigkeit eine mehr oder weniger hohe Stromspannung. Die Stromspannung
kann auf ein Minimum herabgesetzt werden, wenn die Elektroden in einem Abstand von
nur etwa 1 cm und darunter beispielsweise am Boden des Klärgefäßes angeordnet werden.
Der Effekt der Ausklärung ist derselbe. Es ist jedoch zweckmäßig, die Elektroden
als gelochte Platten oder Gitterelektroden anzuwenden, damit die Gasblasen in feiner
Verteilung hindurchtreten und voll zur Auswirkung kommen können. Zweckmäßig ist
es ferner, die Elektroden so zu bemessen, daß sie sich über den ganzen Querschnitt
des Klärbehälter erstrecken. Dadurch werden unerwünschte Flüssigkeitszirkulationen
innerhalb des Behälters, die die Schlammabscheidung stören könnten, unterbunden.
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Die Stromstärke, die bei der Ausflockung und Abscheidung der festen
Stoffe aus den zu klärenden Flüssigkeiten erfindungsgemäß angewendet wird, richtet
sich nach der Art der zu behandelnden Flüssigkeiten und kann in ziemlich weiten
Grenzen differieren. Die optimale Stromstärke läßt sich jedoch in allen Fällen leicht
durch Versuch ermitteln. Bei zu geringer Stromstärke flocken nämlich die Verunreinigungen
als sehr feine Teilchen aus, die von den Gasbläschen schlecht oder gar nicht transportiert
werden. Durch schrittweise zunehmende Erhöhung der Stromstärke U& sich dann
bald ein Zustand ermitteln, bei dem die ausgeflockten Teilchen eine zweckmäßige
Größe haben, so daß sie von den Gasbläschen schnell mitgenommen werden. Auch bei
zu hoher Stromstärke kann die Ausklärung schlechter werden. Die Größe der ausgeflockten
Teilchen übersteigt dann ein günstigstes Höchstmaß. Der Transport zu großer Teilchen
in der Flüssigkeit wird nämlich schlechter; durch schrittweise Herabsetzung -der
Stromstärke kann man aber auch von der Seite der Ausflockung zu großer Teilchen
leicht zur optimalen Teilchengröße gelangen. Durch Beobachtung der Teilchengröße
und der Abscheidungsgeschwindigkeit der ausgeflockten Teilchen läßt sich also stets
die Stromstärke schnell und mit wenig Vorversuchen auf ein Optimum einregulieren.
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In ähnlicher Weise kann die Zeit, während der elektrischer Strom angewendet
wird, eine Rolle spielen. Auch bei zu langer Behandlungszeit kann nämlich die Größe
der ausgeflockten Teilchen ein optimales Maß übersteigen. Die günstigste Behandlungszeit
läßt sich indessen ebenfalls leicht und schnell durch Versuche ermitteln. Sie liegt
im allgemeinen etwa zwischen 1 und 2 Minuten. Zur Ermittlung optimaler Behandlungszeiten
genügen wenige Versuche, die z. B. mit einer Zeitdauer von 1, 1l/4, 11/z und 13/4
Minuten durchgeführt werden. Die Beobachtung der Größe der ausgeflockten Teilchen
ergibt hier sehr schnell einen sicheren Anhaltspunkt für die Wahl der zweckmä-ßIgsten
Behandlungsdauer.
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Insbesondere wenn viskose Flüssigkeiten auszuklären sind oder bei
schwierigeren Arten von Schlämmen, z. B. solchen hoch disperser :Tatur, kann die
Ausflockung schwieriger werden. Es findet nach dem neuen Verfahren auch in diesen
und ähnlichen Fällen eine starke Ausflockung statt, die Flocken selbst bleiben jedoch
mehr oder weniger lange in Schwebe. Die Ursache scheint darin zu liegen, daß' die
an der Kathode entwickelten Gasblasen nicht in genügend feiner Form gebildet werden,
sondern in sichtbar weit gröberer Form. Diese großen Gasblasen stoßen zu schnell
durch die Flüssigkeit und haften nicht an den Zusammenballungen der Verunreinigungen.
In diesen Fällen kann aber, wie weiter gefunden wurde, nach der Ausflockung der
Schlammteilchen noch einige Minuten mit Strom von wesentlich geringerer Stromstärke,
die vorteilhaft nur o,5 bis 5 % der zuerst angewendeten, beispielsweise von o,2
Amp./dm2 Kathodenfläche oder darunter beträgt, die Flüssigkeit nachbehandelt werden,
um feinste Gasblasen zu bilden, die dann sofort den Transport der ausgeflockten
Teilchen an die Oberfläche der Flüssigkeit bewerkstelligen. Auch hier lassen sich
die optimale Behandlungsdauer und die günstigste Stromstärke leicht durch Versuche
ermitteln. Folgendes Beispiel diene zur weiteren Erläuterung dieses Teiles der Erfindung.
Kieseritwaschwasser,
beim Herauslösen des Chlornatriums aus den Rückständen der Kalisalzverarbeitungentsteht,
und das etwa 26o g Natriumchlorid im Liter enthält und außerdem durch Schlammteilchen
verunreinigt ist, wird beispielsweise erfindungsgemäß' so behandelt, daß die Lösung
in einem Gefäß mit einem OOuerschnitt von ioo X 145 mm und 6oo mm Höhe
1,5 Minuten lang mit einem Strom von 2o Amp. und anschließend noch io Minuten
mit einem Strom von o,i Amp. behandelt wird. Dadurch wird die Flüssigkeit vollkommen
geklärt, in der Art, daß nur noch an der Oberfläche eine schwarze Schlammschicht
von ungefähr 8 mm Höhe vorhanden ist, die leicht entfernt, z. B. abgeschöpft oder
abgestrichen werden kann. Der Abstand der Elektroden voneinander betrug 5 mm, die
Spannung 3 Volt. Die Elektroden hatten knapp die Größe des Gefäßquerschnittes. Bei
größeren Elektrodenabständen wird die Spannung des angewendeten Stromes entsprechend
erhöht, z. B. auf 3o bis q0 Volt bei etwa 6o cm Elektrodenabstand.
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Verwendet wurden gelochte Elektroden, die Kathode befand sich am Boden
des Gefäßes, darüber lag die Anode in dem oben angegebenen Abstand von 5 mm.
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Im allgemeinen können auch viskose Flüssigkeiten bei normaler Temperatur
behandelt werden. Bei höherer Viskosität kann es zweckmäßig sein, die Flüssigkeit
vor der erfindungsgemäßen Behandlung oder während derselben anzuwärmen, was z. B.
durch an sich bekannte Gegenstromwärmeaustauschapparate leicht bewirkt werden kann.
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Sofern Abfallsalze zur Verfügung stehen, empfiehlt es sich, der zu
klärenden Flüssigkeit eine zweckmäßig meist sehr geringe Menge Salz zur Erhöhung
der Leitfähigkeit beizugeben. Es kann hierdurch die erforderliche Spannung zwischen
den Elektroden erheblich verringert werden, so daß;. eine Stromersparnis erreicht
werden kann.
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Das Ausklären kann auch so durchgeführt werden, daG insbesondere beim
kontinuierlichen Arbeiten die Verunreinigungen durch Strombehandlung zuerst ausgeflockt
werden und daß danach durch Luft oder andere geeignete Gase, die zum Zwecke feinster
Gasblasenbildung durch eine am Boden des Klärgefäßes angeordnete Verteileinrichtung,
z. B. Tonzelle oder feinst gelochte Metallplatte od. dgl., eingeleitet werden, die
Verunreinigungen an die Oberfläche der Flüssigkeit transportiert werden.
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Die durch die erfindungsgemäße Strombehandlung erhaltenen Flocken
lassen sich auch durch ein magnetisches Feld beeinflussen, so daß, also in gewissem
Sinn die Anlegung eines magnetischen Feldes den Flockentransport beschleunigen kann,
was insbesondere bei der Klärung molekulardisperser Zerteilungen zweckmäßig sein
kann.