DE19844329B4

DE19844329B4 - Verfahren zur Behandlung von mit Mikroorganismen und Schadstoffen belasteten Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19844329B4
Application number: DE19844329A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr.-Ing.habil. Bossert; Winfried Dipl.-Ing. Schellbach
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: SCHELLBACH, WINFRIED, DE
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: DE19844329A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung von mit Mikroorganismen und Schadstoffen belasteten Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit zur elektrokatalytischen Behandlung in einem Gefäß, dessen Gefäßwand eine elektrische Katode bildet, als Elektrolyt der anodischen Wirkung von elektrisch leitfähigem, unterstöchiometrischem Titanoxid ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zum Zweck einer langzeitlichen reinigenden und entkeimenden Wirkung auf die zu behandelnde Flüssigkeit eine Anode aus kompakter und elektrisch leitfähiger, unterstöchiometrischer Titanoxidkeramik im Gefäß um- oder durchströmt und dass die Flüssigkeit gleichzeitig durch geeignete Mittel filtriert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von mit Mikroorganismen und Schadstoffen belasteten Flüssigkeiten und wird angewendet zur Reinigung und biologischen Entkeimung dieser Wässer.
Es gibt bereits eine Reihe von Veröffentlichungen, welche die desinfizierende und entkeimende Wirkung der Elektrolyse beschreiben (beispielsweise EP 0 175 123 B1 , DE 3 428 582 A1 , SU 1 583 361 A1 ). Hierbei treten eine Reihe von Wirkungsmechanismen auf, die in ihrer Behandlungswirkung bislang nicht getrennt voneinander quantifiziert werden konnten. Ein wesentlicher Effekt wird dabei der Bildung von Sauerstoffradikalen (z. B. WO 97/11908 A2 ) zugeschrieben, die auch, wie bei der Zugabe von Ozon ( EP 0 577 871 A1 ) zu einer Desinfektion, zur Entgiftung, zur Flockung sowie zu einer Beeinflussung der Kalkabscheidung ( WO 97/11908 A2 , WO 85/01965 A1 ) führt. Auch eine direkte Oxidation der Keime durch Elektronenentzug bei Kontakt mit der Anodenfläche der Elektrode und die indirekte Oxidation der Keime durch naszierenden Sauerstoff ( EP 0 175 123 B1 ) werden genannt.
Ein in der Elektrolyse häufig verwendetes Metall ist Titan, welches aufgrund seiner Affinität zu Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre immer eine dünne passivierende Schicht von Titanoxid aufweist. Titandioxid als Keramik oder keramische Schicht wird in vielen chemischen Prozessen als Katalysator verwendet. So schreiben die meisten der oben angeführten Schutzrechtsveröffentlichungen auch in dieser Anwendung dem Titandioxid eine katalytische Wirkung zu, die durch Zugabe verschiedener Elemente noch gesteigert werden soll. So werden insbesondere die Zugabe von Rutheniumdioxid (RuO₂) empfohlen ( SU 1 583 361 A1 ), die Bildung von Kalzium- oder Magnisiumtitanaten gefordert ( FR 2 697 950 A1 ) und eine Zugabe von Iridium und Kobalt ( WO 97/11908 A2 ) beschrieben.
Alle diese Verfahren beruhen jedoch darauf, dass auf dem Metall Titan eine Schicht aufgebracht wird, die Titandioxid enthält. Lediglich in der Veröffentlichung WO 85/01965 A1 wird, allerdings für eine umpolbare Elektrode zu anderen (elektrochemischen) Zwecken, insbesondere für eine Elektroflotation, auf ein Edelmetall eine unterstöchiometrische Titanoxidverbindung (TiO_2-x) aufgebracht. In der EP 0175 123 B1 werden Titan, aktiviertes Titan, sowie Platin, Iridium und Ruthenium erwähnt, wobei allerdings die zu entkeimenden Mengen sehr gering sind (wenige Liter/Tag).
Auch bei der Schutzrechtsveröffentlichung DE 34 28 582 A1 wird zur Erzeugung von Hydroxylradikalen bevorzugt Elektroden aus Titan, Niob, Tantal und Zirkonium bzw. deren Legierungen verwendet, die allerdings mit Bleioxid oder Manganoxid beschichtet sind.
Die besagten Schichten bringen jedoch hinsichtlich der Haftung auf einem Substrat erhebliche Probleme mit sich. Wird die Schicht beispielsweise durch mechanische Belastung beschädigt, was bei der Anwendung relativ schnell passieren kann, kommt das Substrat selbst mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Kontakt, und wird von dieser, ggf. sogar bis zur Auflösung, angegriffen. Bei den Technologien zur Aufbringung der Schichten, Flamm- oder Plasmaspritzen ( WO 85/01965 A1 ), sowie bei der direkten Oxidation ( WO 97/11908 A2 ) sind poröse, gegebenenfalls rissige Schichten nicht auszuschließen bzw. nicht zu vermeiden, die erstens mechanisch nicht sehr belastbar sind, zweitens das Substrat nicht sicher gegen den Elektrolyten abdichten und drittens schwierig reproduzierbar messbare physikalische Eigenschaften aufweisen. Weiterhin sind die verwendeten Metallsubstrate relativ teure Materialien und eine Beschichtung stets ein zusätzlicher und damit kostenintensiver Verfahrensschritt.
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die desinfizierende Wirkung, die Flockung und die Beeinflussung der Kalkabscheidung der elektrokatalytischen Wirkung des Titanoxids zugeschrieben wird. Die aufgeführten Publikationen unterscheiden sich vom Grundsatz lediglich darin, wie ein Zellaufbau mit einer Titandioxid enthaltende Schicht als Anode mit elektrischem Strom versorgt werden kann.
Ferner ist bekannt, kompakte Elektroden aus Titanoxid für elektrolytische Synthesezwecke einzusetzen.
So beschreibt die EP 0 047 595 B1 eine elektrochemische Zelle mit einer Elektrode aus einer keramikartigen geformten festen kohärenten Masse aus Titanoxid zur Verwendung als Chlorat- oder Hypochloritzelle, insbesondere für die Chlorgassynthese, sowie zur elektrolytischen Metallextraktion, zur Synthese von organischen und anorganischen Verbindungen, zur galvanischen Metallierung und zum Sieden von Flüssigkeiten. Eine entkeimende Wirkung zur Behandlung von Wässern wird nicht offenbart.
Die DE 689 23 848 T2 hat elektrochemische Redoxreaktionen und Mittel für deren Umsetzung zum Gegenstand, mit denen feste oder gasförmige Oxidations- bzw. Reduktionsprodukte als Syntheseprodukt (beispielsweise die Wiedergewinnung von Kupfer) gewonnen werden. In der Vorrichtung wird für die Synthese eine Elektrode mit einer Oberfläche von unbeschichtetem substöchiometrischen Titanoxid verwendet, wobei die für solche Synthesen bekannte Redoxrückreaktion verringert ist. Auch hier ist keine entkeimende Wirkung auf die Behandlung von Wässern im Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Darüber hinaus ist eine Elektrodenzelle zur anodisch oxidierenden Wasserentkeimung bekannt ( DE 30 14 130 A1 ), bei welcher die Anode als eine Schicht aus wasserdurchlässigem, elektrisch leitendem Material ausgebildet ist, die vom Wasserablauf durchströmt wird. Der Elektrodenkörper besteht dabei aus einem Drahtgeflecht, Drahtgewirk, Drahtgestrick oder Drahtfilz eines nichtrostenden Strahldrahtes oder eines elektrisch leitfähigen Metalloxids, wobei Fasern aus einem leitfähigen Metalloxid, welche die Grundlage für ein solches Geflecht, Gewirk, Gestrick oder Filz bilden könnten, weder bekannt noch in der DE 30 14 130 A1 offenbart sind. Als Material zur Ausbildung der Elektrode sind Sintermetall und Kohle genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Mikroorganismen und/oder Schadstoffen belastete Flüssigkeiten auch in großen Mengen zuverlässig, mit hoher Ausbeute und reproduzierbar zu reinigen, wobei das Behandlungsverfahren möglichst aufwandgering, universell anwendbar sowie in weiten Grenzen beeinflussbar und auf die jeweils gegebenen Einsatzbedingungen und -voraussetzungen anpassbar ist und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine hohe Lebensdauer sowie chemisch-physikalische Beständigkeit aufweist.
Erfindungsgemäß wird eine Anode aus kompakter und elektrisch leitfähiger, unterstöchiometrischer Titanoxidkeramik in einem Gefäß von der zu behandelnden Flüssigkeit um- oder durchströmt. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit durch geeignete Mittel filtriert. Diese Mittel zur Filtrierung können durch geeignete Porosität der kompakten und elektrisch leitfähigen, unterstöchiometrischen Titanoxidkeramik selbst realisiert werden und/oder auch aus anderen Siebelementen, einschließlich Elementen zur Halterung, Befestigung bzw. elektrischen Isolation der Titanoxidkeramik, im Gefäß bestehen.
In einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens durchströmt die zu behandelnde Flüssigkeit ein vorzugsweise rohrförmiges Gefäß, dessen Gefäßwand und ggf. ein Rohrmittelleiter für eine elektrokatalytische Behandlung der Flüssigkeit mit einem negativen elektrischen Potential und dessen Anode aus mindestens einem strömungs- und drucksicher im Gefäß angeordneten ring- bzw. scheibenförmigen Anodenelement aus kompakter und elektrisch leitfähiger Titanoxidkeramik mit dem entsprechenden anodischen Spannungspotential beaufschlagt sind. Dieser Elektrodenaufbau führt zu inhomogenen Feldern mit hohen Felddichten, die senkrecht zur Fließrichtung der zu behandelnden Flüssigkeit verlaufen, woraus eine effiziente Durchdringung und Oxidation resultiert. Zusätzlich zu der durch die Elektrokatalyse hervorgerufenen Anreicherung von atomarem Sauerstoff in der Flüssigkeit wird diese gefiltert, so dass das Gefäß eine gleichzeitige Oxidations- und Filtrierwirkung auf die durchströmende Flüssigkeit ausübt. Die Filtrierung wird zweckmäßig durch eine definierte Porosität des mindestens einen Anodenelementes aus Titanoxidkeramik selbst bewirkt, kann aber auch durch die besagten weiteren Siebelemente, insbesondere Befestigungs-, Halterungs-, und Isolationselemente für die Anode, erfolgen oder unterstützt werden.
Die Erfindung erfüllt somit eine Doppelfunktion, die überraschend gute Behandlungsergebnisse zeigt:
Zum einen ist das Material gegenüber den eingangs genannten und vielfach in der Literatur beschriebenen und auf Substraten aufzubringenden Titanschichten dauerhaft haltbar, unempfindlich gegen abrasive oder korrosive Beschädigung der Anode und dadurch mit hoher Lebenserwartung der Vorrichtung robust und universell anwendbar. Durch geeignete und an sich bekannte Herstellungsverfahren kann eine kompakte unterstöchiometrische Titanoxidkeramik gefertigt werden, die eine ausreichend hohe Leitfähigkeit aufweist, so dass die Keramik selbst als verschleißfeste Elektrode mit ausgezeichneter chemischer und thermischer Beständigkeit verwendet werden kann. Der Einsatz dieses Materials ist daher sowohl in sehr sauren wie auch in sehr basischen Flüssigkeiten möglich, es können beispielsweise salzhaltige oder sonstige chemisch belastete, wie auch abrasiv wirkende Flüssigkeiten (z. B. Schleifemulsionen, sand- oder sonstige feststoffhaltige Suspensionen), und anderes mehr behandelt werden. Titanoxidkeramik ist außerdem in einer Auswahl genormter Materialeigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit, herstellbar, die definierte, konstante und reproduzierbare technisch-physikalische Eigenschaften und damit sehr zuverlässige Anwendungen gestatten.
Zum anderen wird gleichzeitig mit dieser elektrokatalytischen Wirkung eine Filtrierung der Flüssigkeit bewirkt, so dass im selben Behandlungsgang u. a. Ausfällungen und eventuellen Kristallisierungen der durch das Titanoxid hervorgerufenen Elektrokatalyse, wie auch sonstigen Schwebstoffen in der Flüssigkeit, begegnet werden kann.
Im Falle, dass die Filtration der zu behandelnden Flüssigkeit durch die besagte Porosität der Titanoxidkeramik und auf diese Weise mit der Titanoxidkeramik selbst bewirkt wird, erfüllt diese eine Doppelfunktion, in dem die kompakte, und elektrisch leitende, unterstöchiometrische Titanoxidkeramik sowohl die elektrokatalytische als auch filtrierende Funktion ausübt.
Die sintertechnologische Herstellung einer solchen Keramik ermöglicht eine sehr gute Fertigung poröser Ringe bzw. Scheiben, wobei Maschenweiten beliebiger Größe bis hin zur Ultrafiltration realisiert werden können. Durch an sich bekannte keramische Formgebungsverfahren, wie Pressen, Extrudieren, Spritzgießen, (Druck-)Schlickergießen etc., wird aus dem Ausgangspulver eine Vorformung (Grünling) hergestellt, die gegebenenfalls mechanisch bearbeitet werden kann, z. B. Einbringen von Bohrungen. Auf diese Art können größere Kanäle eingebracht werden. Hieran schließt sich ein Sinterprozess oberhalb von 1200°C an. Durch das Einbringen von Opferphasen, wie organische Binder, oder anorganische Phasen, wie Graphitfasern, können definierte Porenkanäle erzeugt werden, was auch durch die Verwendung von Treibmitteln, wie Wasserstoffperoxid, möglich ist. Mit unterschiedlichen Korn- und Partikelgrößen des Ausgangspulvers lässt sich die Mikroporosität einstellen bis hin zu einem gradierten Gefüge in den Anodenelementen selbst, also einer zunehmend feineren Porosität. Die Aufbringung einer nanoskaligen Schicht, beispielsweise durch die bekannte Sol-Gel-Technik, erlaubt auch die Erzeugung nanoskaliger Porenstrukturen.
Die Anodenelemente aus Titanoxidkeramik können mit definiert ausgewählten technischen Parameter (Durchmesser, Stärke, Form, Porosität etc.) im Gefäßrohr kaskadiert werden, so dass sich gezielt auswählbare und auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittene technisch physikalische Wirkungen sowohl für die elektrokatalytische als auch filtrierende Behandlung der anfallenden Flüssigkeit bestimmen und durch Austausch von Anodenelementen auch verändern lassen. Damit werden das Verfahren und der Einsatz der Vorrichtung für viele Anwendungen möglich und modifizierbar. Da die Keramikelemente hochtemperaturstabil und strahlungsbeständig sind, können sie problemlos sterilisiert und so auch für Reinstanwendungen eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist es, das erwähnte und vorzugsweise rohrförmige Gefäß mit der Titanoxidkeramik als Filtrieroxidationseinheit in eine prozessgesteuerte Anwendung, bei der die Flüssigkeit durch eine oder mehrere Pumpen durch das Gefäß bewegt wird, zu integrieren. Die Pumpleistung und damit die Filtrierwirkung sowie die elektrischen Kennwerte der Titanoxid-Katalyse werden dann in Abhängigkeit der gemessenen Durchflussmenge gesteuert. Auch hier kann das Verfahren durch die definierte Auswahl und die technisch-physikalischen Eigenschaften der Titanoxidkeramik gezielt beeinflusst werden. Dabei sind lösbare Verbindungen bei der konstruktiven Anordnung der Titanoxidkeramikelemente aus Handhabungs- und Universalitätsgründen zweckmäßig.
Vorteilhaft ist auch eine Anwendung in Kühlwasserkreisläufen, in denen besonders biologische Belastungen auftreten. Die teilweise offen konstruierten Ausführungen und Betriebsweisen bieten für das mikrobiologische Wachstum sehr gute Bedingungen, die je nach Belastung zu großen Problemen bei den Betreibern führen. So verschlechtern sich die Wärmeübergänge an den Plattentauschern, die Rohre werden teilweise zugesetzt und neben den generellen gesundheitlichen Risiken entsteht Bio-Korrosion. Zur Verminderung dieser Probleme werden aus technologischen, wirtschaftlichen und materialspezifischen Aspekten verstärkt Mikrobiozide eingesetzt. Die Mikrobiozide hemmen zeitweise je nach Anwendung ein biologisches Wachstum. Der Einsatz von Mikrobiziden ist entsprechend der Kontinuität relativ teuer und in seiner Wirksamkeit hinsichtlich Resistenten, der Zugabe eventuell anderer notwendiger Konditionierungsmittel sowie geltenden Umweltschutzgesetzgebungen, begrenzt. Durch Nachschaltung der erfindungsgemäßen Filtrieroxidationseinheit nach dem Kondensatspeicher des Kühlers sowie einer erzwungenen Kühlwasserkondensatzirkulation mittels Pumpe und Zirkulationsleitung in den Kondensatspeicher wird die biologische Belastung ohne Zugabe von Mikrobioziden im Kühlwasser stark vermindert. Die Wirksamkeit der Kühlwasserreinigung hängt von dem Durchsatz bzw. dem Verbrauch des Kühlwasserkondensates ab. Damit eine effiziente Reinigung entsprechend der Menge im Kondensatkühlwasserspeicher realisiert werden kann, wird die Zu- und Abflusswassermenge aktuell mittels Durchflussmengenzähler ermittelt und der Zirkulationsumlauf sowie die Stromstärke durch die Filtrieroxidationseinheit mittels der Steuereinheit geregelt.
Die ständige Zirkulation des Kühlwasserkondensates durch die Filtrieroxidationseinheit kann eine generelle Verminderung der biologischen Belastungen ohne Zugabe von Mikrobioziden ermöglichen. Dadurch werden die Betriebskosten verringert, der manuelle Arbeitsaufwand gesenkt und die Betriebssicherheit der Anlagen erhöht. Es können prinzipiell auch mehrere Filtrieroxidationseinheiten parallel betrieben bzw. kaskadiert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: rohrförmiges Gefäß als Filtrieroxidationseinheit mit Ringen aus Titanoxidkeramik als Anode und zur Filtrierung
2: Filtrieroxidationseinheit als Kreislaufsystem mit Prozesssteuerung
3: Beispiele für die geometrische Ausbildung der Ringe aus Titanoxidkeramik
In 1 ist eine Filtrieroxidationseinheit als Schnittdarstellung abgebildet, die aus einem zylinderrohrförmigen Gefäß 1 mit einer metallischen Gefäßwand 2 besteht und durch welche eine zu behandelnde Flüssigkeit 3 strömt (aus Übersichtsgründen durch Pfeile angedeutet). Die metallische und somit elektrisch leitende Gefäßwand 2 ist elektrisch mit einer Elektrode 4 verbunden. Darüber hinaus ist die Elektrode 4 an einen Rohrmittelleiter 5 elektrisch angeschlossen, der in der Rohrachse des Gefäßes 1 angeordnet ist und mit demselben (katodischen) elektrischen Spannungspotential wie die Gefäßwand 2 beaufschlagt wird. Der Rohrmittelleiter 5 wird durch vier konzentrische und quer im Gefäß 1 sitzende Titanoxidkeramik-Scheiben 6 getragen, die jeweils durch einen äußeren Isolationsring 7 zur Gefäßwand 2 sowie durch einen inneren Isolationsring 9 elektrisch vom Rohrmittelleiter 5 entkoppelt sind. Die Isolationsringe 7, 9 sind entsprechend dem Rohrinnendurchmesser und der Größe der Titanoxidkeramik-Scheiben 6 dimensioniert, so dass sich ein strömungs- und drucksstabiler Aufbau im Gefäß 1 ergibt.
Darüber hinaus sind axialsymmetrisch im Gefäß 1 aneinander gereihte Titanoxidkeramik-Ringe 10 angeordnet, die mechanisch mit den Titanoxidkeramik-Scheiben 6 verbunden sind und durch diese gehalten werden. Zur Positionierung besitzen die Titanoxidkeramik-Ringe 10 jeweils einen elektrisch isolierenden äußeren Abstandsring 11. Eine in einer Isolationshülse 12 durch die Gefäßwand 2 geführte Elektrode 13 ist elektrisch mit den Titanoxidkeramik-Ringen 10 verbunden und beaufschlagt diese gegen die Gefäßwand 2 und den Rohrmittelleiter 5 mit einem anodischen Spannungspotential. Die Titanoxidkeramik-Ringe 10 besitzen (je nach Herstellungsverfahren) typischerweise einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand zwischen 1 × 10³ und 1 × 10⁶ Ωcm; es können aber auch Werte unter 100 Ωcm erreicht werden. Der durch die Anode (Titanoxidkeramik-Ringe 10) fließende Gleichstrom wird entsprechend den Kontaminierungseigenschaften der belasteten Flüssigkeit 3 so eingestellt, dass – im wesentlichen durch die katalytische Wirkung des Titanoxids – nur atomarer Sauerstoff erzeugt wird, der wiederum Hydroxylradikale bildet und über mehrstufige Reaktionen eine Oxidation von organischen Verbindungen hervorruft. Dieser Elektrodenaufbau führt zu inhomogenen Feldern mit hohen Felddichten, die tangential zur Fließrichtung der Flüssigkeit 3 verlaufen, woraus eine effiziente Durchdringung und Oxidation resultiert. Die Titanoxidkeramik-Scheiben 6 und die Titanoxidkeramik-Ringe 10 sind außerdem gezielt porös, so dass die Flüssigkeit 3 im Gefäß 1 durch diese hindurchströmt. Auf diese Weise wird die Oxidation mit einer gleichzeitigen Filtrierung der Flüssigkeit 3 bewirkt. Gemäß der Anzahl, dem Durchmesser, der Porenstruktur und den Stärken der verwendeten Titanoxidkeramik-Scheiben 6 und Titanoxidkeramik-Ringe 10 sowie in Abhängigkeit der fließenden Stromstärke kann der Flüssigkeitsdurchsatz und der Reinigungsgrad bestimmt werden.
Die Positionierung des Systems erfolgt durch Haltescheiben 8, z. B. aus Polyäthylen oder Polytetrafluoräthylen, die außerdem eine zusätzliche Filtrierwirkung besitzen können. Gleichermaßen könnten auch weitere (in 1 nicht dargestellte) Filtrier- bzw. Siebelemente im Anodenbereich des Gefäßes 1 angeordnet sein.
Die Anode der Filtrieroxidationseinheit zur Bildung atomaren Sauerstoffs in der Flüssigkeit 3 (elektrokatalytische Wirkung) besteht aus hochbeständiger und für sehr viele Einsatzzwecke geeigneter elektrisch leitfähiger Titanoxidkeramik (unterstöchiometrisches TiO_2-x), das hinsichtlich seiner Materialeigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit, Porosität, elektrische Leitfähigkeit, in einer genormten Auswahl hergestellt und typisiert werden kann. Dadurch ist ein in Bezug auf die jeweilige Anwendung gezielt auswählbarer, dauerhaft beständiger und vor allem reproduzierbarer Einsatz der Filtrieroxidationseinheit möglich. Es ist deshalb auch vorteilhaft, wenn die Titanoxidkeramik-Ringe 10 in einer lösbaren Verbindung (aus Übersichtsgründen in 1 nicht dargestellt) befestigt werden und somit für verfahrensbedingte Prozessänderungen austauschbar sind.
Die Reinigung der Filtrierelemente (die porösen Titanoxidkeramik-Scheiben 6 und Titanoxidkeramik-Ringe 10 sowie die siebartigen Isolationsringe 7 und Haltescheiben 8) erfolgt durch Druckerhöhung der Flüssigkeitsbewegung im Gegenstrom. Die Titanoxidkeramik ist hochtemperaturstabil sowie strahlungsbeständig und daher problemlos sterilisierbar.
In 2 ist die Filtrieroxidationseinheit (Gefäß 1) in einem Kreislaufsystem mit Prozesssteuerung dargestellt. Die zu behandelnde Flüssigkeit 3 (vgl. 1) gelangt über ein Rohr 14 in ein Speichergefäß 15, aus dem es mit einer Pumpe 16 durch das Gefäß 1 gefördert wird. Die gereinigte Flüssigkeit wird über ein Rohr 17 entnommen bzw. über ein Rohr 18 in das Speichergefäß 15 rückgeführt. In den Rohren 14 und 17 sind Durchflussmengenzähler 19, 20 angeordnet, die über elektrische Leitungen 21, 22 mit Eingängen einer Steuereinheit 23 in Verbindung stehen. In Abhängigkeit der Durchflussmengen ist es so möglich, über eine Leitung 24 die Pumpleistung der Pumpe 16 zu steuern sowie über eine an eine steuerbare Stromversorgung 25 angeschlossenen Leitung 26 die elektrischen Kennwerte der elektrokatalytischen Oxidation im Gefäß 1 über Elektrodenzuleitungen 27, 28 für die Elektroden 4, 13 (vgl. 1) zu verändern.
Es ist, insbesondere für große Durchflussmengen, prinzipiell möglich (in der Zeichnung nicht dargestellt), mehrere Filtrieroxidationseinheiten (Gefäß 1) parallel zu betreiben bzw. als Kaskade anzuordnen.
In 3 sind ausgewählte Beispiele für die geometrische Ausbildung der kaskadierten Titanoxidkeramik-Ringe 10 dargestellt. 3a zeigt die Ausbildung als einfache Ring- bzw. Scheibenform. In diesem Fall müssen mehrere kaskadierte (nach Darstellung von 3 übereinander liegende) Titanoxidkeramik-Ringe 10 (vgl. auch 1 mit nebeneinander gezeigter Aneinanderreihung) durch zusätzliche Elemente, beispielsweise die in 1 gezeigten Abstandsringe 11, positioniert bzw. gehalten werden. Die 3b–3e zeigen Titanoxidkeramik-Ringe 10 in napfartiger Ausführung mit unterschiedlichen Fügestrukturen, wie Nut, Einfräsung, Konus, Phase, Wulst, Sicke etc., und entsprechend passförmiger Gegenstücke zur Aufnahme anderer Titanoxidkeramik-Ringe 10. Auf Grund dieser Fügestrukturen, die vielfältige Formen annehmen können, greifen die zu kaskadierenden Titanoxidkeramik-Ringe 10 ineinander ein und fixieren bzw. lagestabilisieren sich damit. Es zeigen – ohne dass die Fügestrukturen darauf beschränkt sind – 3b die Ausbildung einer Ausdrehung 29 und eines Bundes 30, 3c oben und unten je eine Phase 31, 3d einen ringförmigen Einstich 32 und eine Ringschneide 33 sowie 3e Innen- bzw. Außenkegel 34, 35. Die 3f und 3g zeigen Beispiele für geometrische Formen zur Ausbildung der Anfangs- bzw. Endstücke, welche zur möglichst großflächigen Auflage an die in 1 dargestellten Titanoxidkeramik-Scheiben 6 angrenzen (mit Ober- bzw. Unterseite der in 3f bzw. 3g abgebildeten Titanoxidkeramik-Ringe 10) und damit eine Halterung und Positionierung der aneinander gereihten Titanoxidkeramik-Ringe 10 ermöglichen. Derartige Möglichkeiten zur Selbstpositionierung verbessern eine formschlüssige Kontaktierung und verringern damit auch die Gefahr punktförmiger Belastungen. Dies führt zu Druckbelastungen und zur Minderung von allgemein für Keramiken ungünstigen Biegebelastungen.

1: Gefäß (Filtrieroxidationseinheit)
2: Gefäßwand
3: Flüssigkeit
4, 13: Elektrode
5: Rohrmittelleiter
6: Titanoxidkeramik-Scheiben
7, 9: Isolationsringe
8: Haltescheiben
10: Titanoxidkeramik-Ringe
11: Abstandsringe
12: Isolationshülse
14, 17, 18: Rohr
15: Speichergefäß
16: Pumpe
19, 20: Durchflussmengenzähler
21, 22, 24, 26: Leitungen
23: Steuereinheit
25: Stromversorgung
27, 28: Elektrodenzuleitungen
29: Ausdrehung
30: Bund
31: Phase
32: Einstich
33: Ringschneide
34: Innenkegel
35: Außenkegel

Claims

Verfahren zur Behandlung von mit Mikroorganismen und Schadstoffen belasteten Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit zur elektrokatalytischen Behandlung in einem Gefäß, dessen Gefäßwand eine elektrische Katode bildet, als Elektrolyt der anodischen Wirkung von elektrisch leitfähigem, unterstöchiometrischem Titanoxid ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zum Zweck einer langzeitlichen reinigenden und entkeimenden Wirkung auf die zu behandelnde Flüssigkeit eine Anode aus kompakter und elektrisch leitfähiger, unterstöchiometrischer Titanoxidkeramik im Gefäß um- oder durchströmt und dass die Flüssigkeit gleichzeitig durch geeignete Mittel filtriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch geeignet gewählte Porosität der Titanoxidkeramik filtriert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Bereiche unterschiedlicher Größe, Form bzw. Porosität der Titanoxidkeramik durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zusätzliche Siebelemente, einschließlich Elemente zur Halterung, Befestigung und/oder elektrischen Isolation der Titanoxidkeramik, im Gefäß durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit das Gefäß mit der Titanoxidkeramik als Anode laminar durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit das Gefäß mit der Titanoxidkeramik als Anode kontinuierlich in einem Kreislauf durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die filtrierende und/oder elektrokatalytische Wirkung in Abhängigkeit der Durchflussmenge der Flüssigkeit durch das Gefäß gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mehrere jeweils als selbständige Filtrieroxidationseinheiten wirkende Gefäße mit Anoden aus kompakter und elektrisch leitfähiger, unterstöchiometrischer Titanoxidkeramik durchströmt.