DE2226324A1

DE2226324A1 - Verfahren zur reinigung von leitungswasser

Info

Publication number: DE2226324A1
Application number: DE19722226324
Authority: DE
Inventors: Fjodor Anisimowit Baryschnikow; Gelij Romanowitsch Botschkarew; Vitalij Fjodorowitsch Lebedew; Igor Wasiljewitsch Popow
Original assignee: INST GORNOWO DELA SIB OTDEL AK
Current assignee: INST GORNOWO DELA SIB OTDEL AK
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1972-05-30
Publication date: 1973-12-20
Also published as: DE2226324C3; DE2226324B2; GB1384919A

Description

r»T»NTANWALT«

DR. O. DITTMANN K. L. SCHIFF DR. A. v. FÖNBB UIPL. INO. Γ. STRBHL MÜNCHEN BO MARIAHILFPLATZ S * S

DA-8478

Beschreibung
zu der

Patentanmeldung
des

Institut Gomowo DeIa Sibirskowo otdelenija Akademii Nauk SSSR, UdSSR, Nowosibirsk, Krasnyj prospekt, 54

betreffend

VERi¹AHEEIT ZUR REIIiIGUNG VOF LEITUNGSWASSER

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser, das - in der elelrtronischen, medizinischen, Nahrungsmittelindustrie und in anderen Industriezv/eigen verwendet wird.

Es ist bekannt, für die Herstellung von reinem Wasser, das von den Beimengungen mechanischen, chemischen und bakteriologischen Charakters frei ist, komplizierte Reinigungsschemen anzuwenden, die kostspielige Operationen zum Koagulieren mit Elektrolyten, Ionenaustauscheranlagen und mechanische Filter enthalten.

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Der Hauptnachteil dieser Verfahren zur Reinigung von Wasser ist es, daß sie es nicht möglich machen, Wasser zu erhalt en_t das von den mechanischen feinstverteilten Beimengungen von <CO,1,/Wm Korngröße, die im wesentlichen durch Teilchen von Hydroglimmer und Kalzit vertreten sind, restlos gereinigt ist." Die Anwesenheit dieser Teilchen im Wasser, das z.B. zum Waschen von Teilen in der elektronischen Industrie verwendet wird, wirkt sich auf die Qualität der Erzeugnisse negativ aus.

Es sind Verfahren zur Behandlung (Reinigung) von Abwasser und Rohwasser (aus Wasserbecken) durch elektrolytische Koagulation bekannt. So ist beispielsweise in dem Verfahren und der Einrichtung (USA-Patentschrift Nr. 3.523,691, USA- -Klasse 210-44) ein zweistufiges Schema zur Behandlung von Abwässern vorgesehen, welches eine Elektrolysiorzelle der erster Stufe zur Erzeugung von Flocken des Metallhydroxyds und eine Einrichtung zum Herstellen und Durchleiten von Ozon durch die Elektrolysierzelle enthält, wobei das Ozon als desinfizierendes und transportierendes Mittel dient. Die zweite Stufe zur Reinigung von Wasser ist analog_#der ersten und dient zur Kontrollreinigung des Wassers. Nach dieser Technologie zur Reinigung von Wasser sorbiert das sich im Prozeß der Elektrolyse bildende Metallhydroxyd unmittelbar in der Wanne der Elektrolysierzelle auf sich dio suspendierten festen Beimengungen, wandert in Form von Flocken dank den

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Ozonbläschen nach oben und bildet an der Oberfläche des Wanneninhaltes eine Schaumschicht. Die letztere wird mittels einer Vakuumpumpe.entfernt.

Es ist ein anderes Verfahren zur Reinigung von Rohwasser aus Wasserbecken bekannt (siehe z.B. BRD-Patentschrift Nr. 1274042), in welchem man das Wasser durch eine Elektrolysierzelle mit Aluminiumelektroden leitet, wobei das sich bildende Aluminiuinhydzcoxyd Al(OH)- als Flockungsmittel für die im 'wasser befindlichen verschiedenen Beimengungen dient. Nach der Elektrolysierzelle tritt das Wasser in ein Absetzbecken, v/o sich das Aluminiumhydroxyd.in Form von Flocken mit den darauf' adsorbierten cii-cpersen Teilchen unter der Schwerkraft auf den Boden des Absetzbeckens absetzt, während das gereinigte V/asser zur weiteren Reinigung geleitet wirdv

Wie zu ersehen ist, sind die beiden betrachteten Verfahren für die Reinigung von Wasser bestimmt, welches eine bedeutende i.ienge grobsuspendierter Beimengungen enthält, dabei kann mit dem Metallhydroxyd die Hauptmenge dieser Bei-rmengungen entfernt v/erden, während durch die anschließende Reinigung das V/asser für Trinken und wirt schaft liehe Zweckt vex^wendbar wird.

Bei der Herstellung von besonders reinem Wasser, wo als Ausgangswasser das zum Trinken verwendete Leitungswasser dient, sind diese Verfahren ungeeignet, weil die Ausflockung, mit dem ketallhydroxyd im Volumen des Wassers■(des Apparates)

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eine restlose Entfernung nicht gewährleisten kann, weil die Flocken des Metal!hydroxyds im Wasser suspendiert, das heißt voneinander isoliert sind und die Möglichkeit eines Zusammentreffens derselben mit den feinstverteilten Teilchen natürlich gering ist.

Deshalb verwendet man gegenwärtig für die elektronische, und medizinische Industrie durch Destillation gereinigtes Wasser, Dieses Verfahren zur Reinigung von Wasser ist wenig leistungsfähig und kostspielig, weil für die Destillation 1 nr Wasser der Aufwand an Energie bis 1000 ItVVh beträgt»

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Kachteile·

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser zu entwickeln, bei welchem möglichst günstige Bedingungen für den Kontakt des !»etallhydroxyds als besonders gutes Flockungsmittel mit dispersen Teilchen, die im Wasser enthalten sind, geschaffen werden, wodurch es möglich wird, bei einem unbedeutenden/Aufwand in erforderlichen Mengen besonders reines Wasser zu erhalten.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser, welches darin besteht, daß man Wasser, in welchem man die Beimengungen mit dem auf elektrolyt!sehem Wege in diesem Wasser erhaltenen Metallhydroxyd ausflockt, durch eine Schicht eines festen was·

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serunlöslichen körnigen Materials filtriert, erfindungsgemäß das zu reinigende Wasser, in dem das Metallhydroxyd enthalten ist, durch eine Schicht eines festen wasserunlöslichen körnigen Materials kontinuierlich geleitet wird, an deren Oberfläche sich in der Strömungsrichtung des Wassers das genannte Metallhydroxyd in Form einer zusätzlichen FiIt er schicht, durch die das zu reinigende Wasser tritt, absetzt.

■ Das ketallhydroxyd ist ein aktives Flockungsmittel für feinstverteilte Teilchen und weist ein hohes Wasserdurchdringungsveriaögen auf, weshalb die Verwendung des fcetallhydroxyds in Form einer Wasserdurchdringungsschicht, die eine hohe Adsorptionsaktivität besitzt, es möglich macht, einen kontinuierlichen und wirksamen Prozeß zur Wasserreinigung durchzuführen.

Es ist zweckmäßig, daß sich die Schicht des Metallhydroxyds an der Oberfläche der Schicht des festen körnigen Materials im Prozeß der Elektrolyse absetzt.

Es ist auch zweckmäßig, daß sich die Schicht des M et al 1-hydroxyds an der Oberfläche der Schicht des festen körnigen Materials periodisch unter periodischer Durchführung der Elektrolyse absetzt, wodurch es möglich wird, den Aufwand für die Wasserreinigung bedeutend zu senken.

!.an führt zweckmäßig die Elektrolyse bei einem pH-Wert von 7,2 bis 8,2 durch, v/eil bei diesen pH-Werten die größte Ausscheidung von Eisenhydroxyd bei der Elektrolyse beobachtet

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wird, das ein aktives Flockungsmittel ist.

Die Elektrolyse kann unter Verwendung zusätzlicher nichtoxydierbarer Anoden durchgeführt v/erden; wodurch es möglich wird, im Prozeß der Elektrolyse eine zusätzliche Menge von Sauerstoff zu erhalten, der bekanntlich ein Katalysator der Oxydationsreaktion von Metall(Il9~nydroxyd zu Met all (HI)-hydroxyd ist, wodurch es möglich wird, die Leistungsfähigkeit der Anlage zu erhöhen.

Man leitet zweckmäßig das zu reinigende V/asser durch die Schicht des Hydroxyds und die Schicht des körnigen Materials mit einer Geschwindigkeit von höchstens 3 m/St. Eine Steigerung der Filtrationcgeschwindigkeit auf mehr als 3 m/St verringert die Lebensdauer der Anlage und senkt die Qualität der Wasserreinigung, weil es zu einem aktiven Austragen der Flocken des Letallhydroxyds aus der oberen Schicht, einer Zerstörung der Hydroxydschicht und einem Austragen der Flocken durch die Schicht des körnigen Materials kommt.

Man verwendet zweckmäßig als festes wasserunlösliches körniges Material sulfierte Kohle, Anthrazit oder deren Gemisch mit einer Korngröße von 0,25 bis 3 nuft» wodurch sich die Hauptmasse des Metallhydroxyds in einer Schicht auf der Oberfläche des körnigen Materials absetzt und nur ein unbedeutender Teil des ivietallhydroxyds in den Zwischenporenraum des körnigen Materials eindringt und dadurch einen zusätzlichen Kontakt des zu reinigenden Wassers mit dem Metallhydroxyd

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nicht nur in der Hydroxydschicht, sondern auch in dem Zwischenporenraum des körnigen Materials, d.h. zusätzliche Bedingungen für die Klärung des Wassers gewährleistet.

Nächstehend wird die Beschreibung eines konkreten Beispiels für die Ausführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung angeführt, in der das Schema der Anlage zur Reinigung von Leitungswasser dargestellt ist.

Die Anlage zur Reinigung von Leitungswasser enthält eine Elektrolysierzelle 1, die einen Behälter darstellt,, den in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung Leitungswasser zugeführt wird und in dein vertikal angeordnete Metallelektroden (Eisen- oder Aluminiumelektroden) 2 untergebracht sind. Die Slektrolyaierzellen können offenen Typs oder geschlossenen Typs sein und ohne Überdruck beziehungsweise unter Überdruck betrieben v/erden.

Dabei verwendet man als Metallelektroden 2 zweckmäßig Eisenelektroden, weil man die Aluininiumeldktroden in dem Falle vorteilhaft verwendet, wenn das zu behandelnde Wasser . eine saure Reaktion (pH = 5 bis 7) und eine genügend hohe Temperatur (25 bis 4^⁰C) aufweist. » "·

Bei diesen Parametern ist die Löslichkeit des Aluminiumhydroxyds Al(OH)- die niedrigste. In allen anderen Fällen reichert sich das zu reinigende V/asser mit Aluminiumionen, d.h. Al⁺⁺⁺, an, die bei einer zusätzlichen Behandlung ent-

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fernt werden müssen.

Die Praxis zeigt aber, daß das Leitungswasser und das V/asser natürlicher Verbrauclisquellen eine neutrale oder schwachalkalische Reaktion aufweist. Deshalb ist es nicht notwendig, Aluminiuinelektroden zu verwenden.

Beim Betrieb der Elektrolysierzelle 1 unter überdruck wird das zu behandelnde Wasser durch die Rohrleitung in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung; dem Entgaser 3 zugeführt, der durch eine Rohrleitung mit dem Filter 4- verbunden ist. In dem Filter 4 ist eine Schicht 5 des festen wasserunlöslichen körnigen Materials, mit einer Korngröße von 0,25 bis 3 ^aji1 angeordnet. Als körniges Material verwendet man sulfierte Kohle, Anthrazit oder deren Gemische,

Das Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser auf einer solchen Anlage wird wie folgt durchgeführt. Das Leitungswasser wird der Elektrolysierzelle 1 zugeführt. In dieser Zeit wird auf die Elektroden Gleichspannung angelegt. Dabei kommt es zur Auflösung der Eisenanode unter Bildung von Eiseri(II)-hydroxyd, Fe(OH)₂» ^zum Teil von Eisen(III)-bydroxyd, Fe(OH)^i und Ausscheidung des Sauerstoffes und Wasserstoffes. Im weiteren geht das Eisen(II)-hydroxyd in Eisen(III)-hydroxyd über, wobei bekannt ist, daß das Eisen(II)-hydroxyd bei einem pH-Wert von 9 bis 9,5 (Konzentration der Wasserstoffionen in der Lösung) und das Eisen(III)-hydroxyd bei niedrigeren

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pH-Werten koaguliert. Deshalb muß das Eisen(II)-hydroxyd, Fe(OH)₂ zur normalen Koagulation zu Fe(OH)₂, zur normalen Koagulation zu Fe(OH)-, oxydiert werden. Dies wird erreich* durch die Oxydation von Eisen(II)-hydroxyd mit dem in Wasser gelösten Sauerstoff, der sich im Prozeß der Elektrolyse an den Anodenplatten und an den zusätzlichen nichtoxydierbaren Anoden 6 bildet, die in der Elektrolysierzelle 1 angeordnet sind. Jedoch vollzieht sich die Oxydation von Eisen-(II) -hydroxyd, Fe(0H)_p> mit dem in Wasser gelösten Sauerstoff bei einem pH-Wert von ;>7*0. Bei ungenügenden pH-Werten oder bei einem Sauerstoffmangel kann das Eisen in das Filtrat als Fe⁺⁺ treten.

Auf experimentellem Wege wurde festgestellt, daß die geringste Menge von Eisen im Filtrat dann beobachtet wird, ' wenn die Behandlung des Ausgangswassers bei einem pH-V/ert von 7,2 bis ü,2 durchgeführt wird, _s

Im Prozeß der Bildung des Eisen(III)-hydroxyds kömmt es zur Oxydation einiger Beimengungen im Wasser .durch den Sauerstoff und zum Vermischen des Wassers mit dem Eisen(III)-hydroxyd, bei dem sich eine teilweise Adsorption hochdisperser und kolloider Beimengungen an der Oberfläche der Flocken von Sisen(III)-hydroxyd vollzieht.

Das zu reinigende Wasser wird zusammen mit dem Eisen(III -hydroxyd, Fe(OH)^» dem Entgaser 3 zugeführt, wo aus der Lösung der Wasserstoff und der überschüssige Sauerstoff aus-

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geschieden und in der durch den Pfeil G angedeuteten Richtung entfernt werden. Hier kommt es zu einem weiteren Vermischen des Wassers mit dem Flockungsmittel (dem Eisen(III)-hydroxyd) und zur Adsorption der Wasserbeimengungen.

Aus dem Entgaser 3 wird das Gemisch von Wasser mit den Eisen(III)-hydroxyd und den adsorbierten Teilchen in der durch den Pfeil D angedeuteten Richtung in das Filter 5 auf die Schicht 5 aus dem festen wasserunlöslichen körnigen Material, die eine Höhe von 1 bis 2 mm aufweist, geleitet.

Dabei fällt aus der Lösung auf der Schicht 5 des körnigen Materials das Eisen(III)-hydroxyd zum Niederschlag aus,, d.h. es bildet sich über der Schicht 5 des körnigen Materials eine zusätzliche Filterschicht 7 aus den Flocken des Eisen(III)· hydroxyds und die Filtration des Wassers erfolgt zunächst, durch die Schicht 7 des Eisen(III)-hydroxyds und dann durch die Schicht 5 des körnigen Materials. Dabei kommt es zu ■ einer vollständigen intensiven Adsorption der Beimengungen in der Schicht 7 des Eisen(III)-hydroxyds und der Schicht 5 des körnigen Materials. Das gereinigte Wasser wird in der durch den Pfeil E angedeuteten Kichtung entfernt.

Die Geschwindigkeit des durchgeleiteten gereinigten Wassers durch die genannten Schichten 5 und 7 darf nicht 3 ra/St übersteigen, weil die Geschwindigkeit der Filtrierung, des Durchleitens von Wasser, durch die Festigkeit der Flocken des ·

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Eisen(III)-hydroxyds, Fe(OH)-, und die Kräfte der Wechselwirkung zwischen dem iMaterial der körnigen Schicht 5 des Filters und den Flocken des Eisen(III)-hydroxyds begrenzt wird.

Bei einer Geschwindigkeit von mehr als 3 m/St treten die Flocken durch die Schicht 7» werden zerstört und das Eisen(III)-hydroxyd tritt in das Filtrat.

Beim Betrieb der Anlage kann die Elektrolysierzelle 1 unter folgenden Bedingungen betrieben werden;

a) kontinuierlich mit konstanter Strombelastung (die Stromstärke in der Elektrolysierzelle wird beim Betrieb der Anlage konstant gehalten);

b) kontinuierlich mit wechselnder Strombelastung (die Stromstärke wird in der Anfangsperiode des Betriebes für einige Zeit zur Verkürzung der Dauer der Bildung der Eisen(III)-hydroxydschicht auf der körnigen Schicht vergrößert);

c) diskontinuierlich (nach der Bildung der Eisen(III)-hydroxydschicht wird der Strom auf die Elektroden der Elektrolysierzelle periodisch angelegt, z.B. 2 Stunden Betriebj 6 Stunden Pause)· . .

Die Prüfungen ergaben, daß die in Wasser in Form von Teilehen verschiedener Dispersität (von den grobdispersen bis zu den kolloiden) enthaltenen Beimengungen vom Wasser restlos abgetrennt werden. Die E_ontrolle der Trübheit des Wassers vor und nach der Reinigung erfolgte mit Hilfe eines

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Trübungsmessers. Es wurden folgende Kennwerte der Trübheit des Wassers (nach dem Trübungsmesser) erhalten: Das Wasser wies vor der Reinigung einen Index von 0,096 nach der Keinigung 0,000 auf.

Die optimalen Bedingungen für die Bildung des Eisen(III)-hydroxyds sind in Tabelle 1 angeführt.

Tabelle 1

Strom- Spannung Leistung Arbeits- Strom Fläche der stärke, (V) (kW) fläche dichte pH nicht oxydier-(A) der Ano- rA/m^") baren Anode

^de ₂ ( m² )

(m²)

170 28 4,76 2,8 64 7,4 63

Erfolgversprechend ist eine Vereinigung der Elektrokoagulationsbehandlung des Wassers mit dessen anschließender fcachreinigung auf einer Ionenaustauscheranlage.

Tabelle 2 enthält Ergebnisse der Herstellung von gereinigtem Wasser nach dem Schema Elektrokoagulation - lonenaustauscheranlage·^

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Tabelle 2

Bezeichnung der Reinigung sobjekt e

Trocken- Eisen- Oxydier- optische Leitsubstanz, gehalt,barkeit, Dichte fähigmg/1 mg/1 mg/1 (nach keit

dem Trü- x10 ^ bungs- Ohm messer) cm~^

Leitungswasser *	180 bis 240	0,48	3,44 bis 5,50	0,034 bis 0,080	•	0,6
Wasser der Ionen-	10 bis		1,5	0,03
aust auscheranlage	15	0,013	bis	bis
(Leitungswasser)			2,5	- 0;04	0,3
Wasser nach der
Elektrokoagulation	1 bis	0,012	0,8	0,000
und der Ionenaus	4		bis
tauscher anlage			1,2

Tabelle 3 enthält. Ergebnisse des Wasserreinigung nach dem Schema Elektrokoagulation ■=» FiItratioa₀

09SS 1 -^ 0 S fa 3

Tabelle 3

Bezeichnung der
Re inigungs ob ö ekte

Trocken- Härte Eisen- Oxydier- optische substanz, mgVal/1 gehalt, barkeit, Dichte mg/1 mg/1 mg/1 (nach dem

Trübungsmesser)

Leitungswasser	180	1,88	0,48	3,44	0,034
	bis	bis	bis	bis	bis
	240	1,93	0,50	5,50	0,080
Wasser nach der
Elektrokoagula-	54	0,50	0,16	1,1
ticn. und filtra tion	bis 78	bis 0,52	bis 0,32	bis 2,0	0,000

Das erfindungsgeciäße Verfahren ist einfach in der Durchführung und erfordert keine speziollen kostspieligen Ausrüstungen.

Claims

PATENTAHSPBÜOHE :

1. Verfahren zur Reinigung von Leitungswasser, welches darin besteht, daß man Wasser, in welchem man die Beimengungen mit dem auf elektrolytischem Wege in diesem Wasser erhaltenen Metallhydroxyd ausflockt, durch eine Schicht eines festen wasserunlöslichen körnigen Materials filtriert, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende V/asser, in dem das Metallhydroxyd enthalten ist, durch eine Schicht (5) eines festen wasserunlöslichen körnigen Materials kontinuierlich geleitet wird, an deren Oberfläche sich in der Ströüiungsrichtung des Wassers das genannte Metallhydroxyd in Form einer zusätzlichen FiIterschicht (7), durch die das zureinigende V/asser tritt, absetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, -daß die Schicht (7) des Metallhydroxyds sich an der Oberfläche der Schicht (5) des festen körnigen Iuaterials im Prozeß der Elektrolyse absetzt,

3·"Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) des Metallhydroxyds sich an der Oberfläche der Schicht (5) des körnigen !«aterials periodisch bei periodischer Durchführung der Elek-

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trolyse absetzt.

4·. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse bei einem pH-Wert von 7,2 bis 8,2 durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g.e kennzeichnet, daß die Elektrolyse unter Verwendung zusätzlicher nicht oxydierbarer Anoden durchgeführt v/ird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Wasser durch, die Hydroxydschient (7) und. die Schicht des körnigen Materials mit einer Geschwindigkeit von höchstens 3 lfl/St geleitet wird·

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als festes wasserunlösliches körniges Iv.aüerial sulfierte Kohle, Anthrazit oder deren Gemisch mit einer Korngröße von 0,25 bis 3 nun verwendet.

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