DE3029842C2

DE3029842C2 - Verfahren und Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung

Info

Publication number: DE3029842C2
Application number: DE3029842A
Authority: DE
Inventors: Ljudmila F. Charkov &Scaron;am&scaron;a; Aleskandr A. Aksenko; Vja&ccaron;eslav T. Efimov; Vladimir A. Koljada; Miron M. Nasarian
Original assignee: CHAR'KOVSKIJ MOTOROSTROITEL'NYJ ZAVOD "SERP I MOLOT" CHAR'KOV SU; Char'kovskij Politechniceskij Institut Imeni Vi Lenina
Current assignee: CHAR'KOVSKIJ MOTOROSTROITEL'NYJ ZAVOD "SERP I MOLOT" CHAR'KOV SU; Char'kovskij Politechniceskij Institut Imeni Vi Lenina
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1980-08-06
Publication date: 1984-05-30
Also published as: US4295946A; JPS5735990A; CA1157422A; FR2488868A1; FR2488868B1; CH647741A5; DE3029842A1; JPS5850557B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Abwasserreinigung und betrifft insbesondere Verfahren und Apparate zur elektrochemischen Abwasserreinigung.

Die Erfindung kann bei der Reinigung von durch organische, oberflächenaktive Stoffe, mechanische Schwebestoffe u. ä. verunreinigten Abwässern Verwendung finden. Am zweckmäßigste<) kann die vorliegende Erfindung bei der Reinigung von durch Erdölprodukte verunreinigten Flüssigkeiten, wie z. B. öl- und fetthaltige Abwasser, zum Einsatz kommen.

Dank ihren hohen technologischen Möglichkeiten kommen in der letzten Zeit immer mehr elektrochemische Verfahren der Abwasserreinigung zur Anwendung, beispielsweise ElektroRotations- und Elektrokoagulationsverfahren. Bekannt sind Verfahren zur elektrochemischen Abwasserreinigung im diskontinuierlichen und kontinuierlichen Betrieb.

Gemäß einem Verfahren, das aus der Beschreibung der Wirkungsweise eines Apparates zur elektrochemischen Abwasserreinigung {sieh; SU-Urheberschein Nr. 4 07 844) bekannt ist, erfolgt die Abwasserreinigung durch Mischung von Abwasser und durch das Auflösen von Elektroden erhaltenen Produkten in einer Elektrokoagulationskaramer zwischen und über den Elektroden und durch darauffolgendes Abscheiden von dabei gebildetem Schaum und Schlamm aus dem Klärwasser in einem Absetzraum. Ein Apparat zur Durchführung des

beschriebenen Verfahrens (siehe ebd.) weist einen Absetzraum auf, welcher mit einer darin angeordneten Elekti'okoagulationskammer verbunden ist, in deren unterem Teil sich eine Anordnung von Losungselektroden befindet. Die Elektrokoagulationskammer ist mit einem unter den Lösungselektroden angeordneten Zulaufstutzen für Abwasser und der Absetzraum mit einem Ablaufstutzen für Klärwasser versehen. Im Laufe des Reinigungsvorganges fließt das Abwasser mit Elektrolyuusätzen (HCl und NaCl) zwischen den unter Strom gesetz-

ten Lösungselektroden durch. Beim Auflösen der Lösungselektroden bilden sich Metallhydroxide, die die Koagulation der Abwasserinhaltsstoffe bewirken. Aus einer Umlaufrohrleitung gelangt das auf diese Art und Weise behandelte Abwasser in den Absetzraum, wo Schaum und Schlamm abgeschieden werden, danach werden der Schaum, der Schlamm und das Klärwasser in getrennten Strömen abgeführt. Beim Durchströmen werden die Elektroden vom Abwasser verschmutzt, was deren schnelle Passivierung und folglich einen erhöhten Elektroenergieverbrauch sowie eine häufige Reinigung der Elektroden zur Folge hat, d. h. es wird damit letzten Endes die Leistung des Apparates herabgesetzt.

Weiterhin sind ein Verfahren und ein Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung bekannt (siehe die JP-PS 52-1 43 973), dessen Elektrokoagulationskammer zur Gewinnung von Koagulaten durch Zuführung von reinem Elektrolyt verwendet wird, während die eigentliche Abwasserreinigung in einem anderen Raum erfolgt

welchem Abwasser zugeführt wird, das dort mit dem die Koagulats enthaltenen Elektrolyt aus der Elektrokoagulationskammer vermischt wird. Diese Verfahrenstechnik und bauliche Gestaltung des Apparates haben eine wesentliche Verminderung des Ansatzes von Abwasserinhaltsstoffen an der Oberfläche der Lösungselektroden zur Folge. Es werden jedoch dabei die Koagulations- und Flotationsfähigkeiten der Lösungselektroden deutlich geringer ausgenutzt da beim Elektrolytzulauf aus der Elektrokoagulationskammer in den Absetzraum die Vereinigung von Koagulaten (Metallhydroxide, die beim Auflösen der Lösungselektroden entstehen) und auf der Oberfläche der Lösungselektroden gebildete Gasbläschen zu einem Aggregat erfolgt, was zur Verkleinerung ihrer spezifischen Oberfläche und folglich zur Abnahme ihrer Koagulations* bzw. Flotationsfähigkeiten führt. Die genannten Faktoren wirken sich negativ auf die Leistung des Apparates aus. Außerdem weist ein derartiger Apparat einen größeren Platzbedarf auf als ein Apparat mit gleicher Leistung gemäß dem SU-Urheberschein Nr. 4 07 844.

Bekannt sind Verfahren und Apparate zur elektrochemischen Abwasserreinigung. Das Abwasser wird in diesen Fällen einer Elektrokoagulationskammer durch einen über Lösungselektroden eingebauten Stutzen zugeführt, während reiner Elektrolyt zwischen den Elektroden nach oben durchströmt. Die Vermischung von

Abwasser mit den infolge des Auflösens der Elektroden erhaltenen Produkten erfolgt nur über den Elektroden. Diese Verfahren und Apparate zeichnen sich dadurch aus, daß die Abwasserreinigung ohne Verschmutzung der Elektroden und mit geringer Verschlechterung ihrer !Coagulations- und Flotationsfähigkeiten erfolgt. Die Leistung des beschriebenen Verfahrens und Apparates ist höher als bei den in der JP-PS 52-14 397 beschriebenen Verfahren und Anlagen.

Ein Verfahren, das z. B. aus der Beschreibung der Wirkungsweise eines Apparates zur elektrochemischen Abwasserreinigung {siehe SU-Urheberschein Nr. 6 44 738) bekannt ist, schließt das Vermischen des Abwassers mit einem nach oben strömenden Elektrolyt, der Produkte des Elektrodenauflösens enthält in einer Elektrokoagulationskammer über den Elektroden und das darauffolgende Abscheiden in einem Absetzraum von ausgebildetem Schaum und Schlamm aus dem Klärwasser ein.

Ein Apparat zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens (siehe ebd.) weist einen Absetzraum, der mittels einer Umlaufrohrleitung mit einer darin angeordneten Elektrokoagulationskammer verbunden ist, in deren unterem Teil eine Anordnung von Lösungselektroden vorhanden ist, einen Zulaufstutzen zur Abwasserzuführung in die Elektrokoagulationskammer und einen Ablaufstutzen zur Klärwasserabführung aus dem Absetzraum auf. Der Zulaufstutzen zur Abwasserzuführung in die Elektrokoagulationskammer ist über den Lösungselektroden eingebaut. Er soll dabei von diesen in einem solchen Abstand angeordnet werden, daß keine Verschmutzung der Oberfläche der Lösungselektroden während des Reinigungsvorganges vorkommt. Bei einem zylinderförmigen Stutzen beträgt beispielsweise dieser Abstand 1 bis 7 d, wobei d der Durchmesser des Stutzens ist.

Der Hauptnachteil der beschriebenen Verfahrenstechnik liegt darin, daß im Raum der Elektrokoagulations- 2u kammer zwischen dem Zulaufstutzen für Abwasser und den Lösungselektroden eine intensive / ereinigung von Koagulation und Gasbläschen zu einem Aggregat stattfindet, die durch Verwirblung des Elefct -olytstromes hervorgerufen ist. Eine Verkürzung des Abstandes zwischen dem Zulaufstutzen und den Elektroden führt aber zu deren Verschmutzung, was überaus unerwünscht ist Dieser Mangel beschränkt die Leistung des beschriebenen Apparates (und des Verfahrens, dessen Durchführung dieser Apparat dient).

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung zu schaffen, die eine Erhöhung ihrer Leistung durch eine vollere Ausnutzung der Produkte des Elektrodenauflösens in der Elektrokoagulationskammer sowie durch eine Intensivierung der Koagulation der Abwasserinhaltsstoffe ermöglichen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur elektrochemischen Abwassei reinigung, das das Durchströmen von Elektrolyt zwischen Lösungselektroden einer Elektrokoagulationskammer in aufsteigender Richtung, die Vermischung von Abwasser mit dem nach oben strömenden. Produkte des Elektrodenauflösens enthaltenen Elektrolyt und das Abscheiden von gebildetem Schaum und Schlamm aus dem Klärwasser in einem Absetzraum einschließt, gemäß der Erfindung die zu vermischenden Flüssigkeitsströme mit unterschiedlichen Temperaturen zugeführt werden, wobei der Abwasserstrom erwärmt und der Elektrolytstrom abgekühlt wird.

Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Temperaturen vermischen sich intensiver als mit gleichen Temperaturen, infolgedessen wird die Leistung des Reinigungsvorganges auf Grund der Zunahme der Koagulationsgeschwindigkeit erhöht. Außerdem kann das erwärmte Abwasser der Elektrokoagulationskammer näher zu den Kopfenden der E'ektroden zugeführt werden, wodurch das zur Vermischung nicht genutzte Raumvolumen vermindert und die Intensivität der Vereinigung von Koagulationsteilchen und Gasbläschen zu einem Aggregat geschwächt wird. Dadurch erreicht man eine vollere Ausnutzung der durcn das Auflösen der Elektroden erhaltenen Produkte und eine Herabsetzung des effektiven Elektroenergieverbrauches.

Untersuchungen ergaben, daß es am vorteilhaftesten ist, das Abwasser auf 40 bis 80°C zu erwärmen und den Elektrolyt auf 5 bis 25°C abzukühlen.

Die gestellte Aufgabe wird weithin dadurch gelöst, daß in einem Apparat zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, der einen Absetzraum, welcher mit einer darin angeordneten Elektrokoagulationskammer verbunden und mit einem Ablaufstutzen für Klarwasser versehen ist, in deren unterem Teil eine Anordnung von Lösungselektroden, ein Zulaufstutzen für Abwasser und ein Zulaufstutzen für Elektrolyt vorhanden sind, aufweist, gemäß der Erfindung der Zulaufstutzen für Abwasser an einen Erhitzer und der für Elektrolyt an einen Kühler angeschlossen sind.

Prüfungen haben ergeben, daß sich die Erfindung zur Reinigung von ölhaltigen Abwässern mit derartigen organischen Inhaltsstoffen wie emulgierfähigen Ölen, Fetten und oberflächenaktiven Stoffen in einer Konzentration bis zu 40 000 mg/1 eignet.

Im weiteren wird die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, in der ein prinzipielles Schaltbild eines erfindungsgemäßen Apparates zur Durchführung des Verfahrens dargestellt ist, näher erläutert.

Das vorliegende Verfahren zur elektrochemischen Abwasserreinigung vollzieht sich auf folgende Art und Weise. Der einer Elektrokoagulationskammer zuzuführende Abwasserstrum wird auf eine Temperatur von 40 bis 80°C erwärmt, während der Elektrolytstrom auf eine Temperatur von 5 bis 25°C abgekühlt wird. Danach vermischt sich der erwärmte Abwasserstrom mit dem nach oben strömenden, Produkte des Elektrodenauflösens enthaltenen Elektrolyt in der Elektrokoagulationskammer über den Lösungselektroden. Der gebildete Schaum und SchUimm werden in einem Absetzraum abgeschieden.

Ein Apparat zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens (wie er in der Zeichnung dargestellt ist) weist einen Aftsetzraum 1 auf, welcher mit einer darin angeordneten Elektrokoagul"tionskammer 2 verbunden ist. Im unteren Teil der clektrokoagulationskammer 2 ist eine Anordnung von Lamellen-Lösungselektroden 3 (beispielsweise aus AluiTrnium) untergebracht. Die Elektrokoagulationskammer 2 ist mit einem Zulaufstutzen 4 für Abwasser und einem Zulaufstutzen 5 für Elektrolyt versehen. Der Absetzraum 1 weist einen Ablaufstutzen 6 für

Klärwasser auf. Der Zulaufstutzen 4 für Abwasser ist an einen Erhitzer 7 und der Zulaufsuitzen 5 für Elektrolyt an einen Kühler 8 angeschlossen. Ein Mischer 9 dienl zur Gewinnung von Elektrolyt. In der Zeichnung ist auch eine Schaumaustragvorrichtung 10 angedeutet.

Der beschriebene Apparat funktioniert wie folgt.

Vor der Abwasserbehandlung wird in die Elektrokoagulationskammer 2 und in den Absetzraum 1 Elektrolyt (technisch reines Wasser mit geringen Zugaben von HCI bzw. NaCl) eingeführt. Die Elektroden 3 werden unter Gleichstrom gesetzt, der beim Durchfließen durch diese und durch den Elektrolyt die Bildung von Aluminiumhydroxiden und Gasbläschen auf der Oberfläche der Elektroden 4 hervorruft, welche in den oberen Teil der Elektrokoagulationskammer 2 flotieren. 25 bis 30 s nach der Stromzuführung zu den Lamellenlösungselektroden

ίο 3 wird der Elektrokoagulationskammer durch den Zulaufstutzen 4 das vom Erhitzer 7 auf 40 bis 80° C erwärmte Abwasser zugeführt. Bei der Wechselwirkung von Abwasser und Aluminiumhydroxiden erfolgt die Koagulation von Teilchen der Abwasserinhaltsstoffe unter Bildung von Aggregaten dieser Teilchen, die dann von Gasbläschen zur Oberfläche der Elektrokoagulationskammer 2 gebracht werden. Das auf diese Art und Weise behandelte Abwasser gelangt in den Absetzraum 1. in dem aus diesem Schlamm und Schaum abgeschieden werden. Der Schaum wird aus dem Apparat mittels der Schaumausiragvorrichtung 10 entfernt, während Klärwasser den Apparat durch den Ablaufstutzen 6 verläßt.

Das Vorhandensein des Erhitzers 7 zur Abwassererwärmung und des Kühlers 8 zur Elektrolytabkühlung im Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung ermöglicht es. den Abstand zwischen dem Zulaufstutzen 4 für Abwasser und den Elektroden 3 zu verkürzen und die Vermischung des Abwassers mit dem Elektrolyt zu

JO iiiierisiviet en. Duuun.li wuu uie Leistung des Apparates eniüiii uiiu der uiieiTekiive EiekirOcncigicVerbraüCM herabgesetzt.

Man betrachtet z. B. einen Apparat zur elektrochemischen Abwasserreinigung, bestehend aus einer zylinderförmigen Elektrokoagulationskammer 2 mit 0.3 m Durchmesser und 3 m Höhe und einem zylinderförmigen Absetzraum 1 mit 1.2 m Durchmesser und 1.1 m Höhe. Im unteren Teil der Elektrokoagulationskammer 2 sind im Abstand von 2 d (Stutzendurchmesser) vom Stutzen 5 zehn Paare Lamellen-Aluminium-Elektroden 3 angeordnet, die insgesamt eine Oberfläche von 3 m^: aufweisen. Vor dem Stutzen 4 ist ein Erhitzer 7 und vor dem Stutzen 5 ein Kühler 8 eingebaut. Bei einer Spannung von 10 V an den Elektroden und einer Abwassertemperatur von 60" C besaß der Apparat bei der Reinigung von Abwasser mit einer Konzentration organischer Inhaltsstoffe (Öl) bis 2400 mg/1 bis zu einem vorgegebenen Reinigun^jgrad von 6 bis 36 mg/1 eine Leistung von

jo 7.2 mVStd.. der Energieaufwand war 1.4 kW h/m³, der Aluminiumverbrauch betrug 86 g/m³.

Berechnungen und die Analyse des Klärwassers und des aus dem Apparat abgeführten Schaumprodukts ergaben, daß 92 bis 98% der gesamten Menge an Aluminiumhydroxiden ausgenutzt wurden.

Ein Apparat gemäß dem Urheberschein Nr. 6 44 738 zeichnete sich dagegen bei der Reinigung nach dem elektrochemischen Verfahren des gleichen Abwassers bei gleichen Temperaturen von Abwasser und Elektrolyt durch folgende Kennziffern aus:

— Leistung 5.2 bis 6 mVStd.

— Elektroenergieaufwand 2.5 kW h/m³

— Ahiminiiimverhraiich !60 g/m³

— Ausnutzung der Aluminiumhydroxide 55 bis 60%.

Beispiel 1

Die Abwasserbehandlung erfolgte gemäß der Erfindung auf folgende Art und Weise. Abwasser mit emulgiertem Öl in einer Menge von 2400 mg/1, das eine Viskosität von 0.72 · 10³ Ns/m² und eine Dichte von 0,980 g/cm³

-i'i aufwies, erwärmte man auf eine Temperatur von 40^:C. Der Elektrolyt (technisch reines Wasser mit geringen Zugaben von HC!) wurde auf 5^:C abgekühlt und zwischen den Aiuminium-Lösungselektroden durchgelassen, die an eine Gleichspannung von 10 V angeschlossen wurden. Im Laufe einer Stunde wurde eine Abwassermenge von 7.0 m³ gereinigt. Aus dem Absetzraum wurde Klärwasser mit einer Konzentration an Inhaltsstoffen von 10,0 bis 24.0 mg/1 abgeführt. Der Reinigungsgrad betrug 99,2 bis 99.8%.

In der nachfolgenden Tabelle sind Ausführungsbeispiele 2 bis 9 des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abwasserreinigung an Hand der Reinigung einer verbrauchten Kühlschmier-Flüssigkeit mit einer Konzentration an Inhaltssloffen von 2400 mg/I zusammengestellt.

Lfd.	Abwasser-	Elektrolyt-	Abwasser	Abwasser-	Abwasser	Leistung des	Elektro
Nr.	ternperatur	temperatur	dichte	viskosität	inhaltsstoffe	Apparates.	energie
	C	C	g/cm³	10³NsZm²	Konzentration	mVStd.	aufwand,
					mg/1		kW · h/m³
2	40	10	0,980	0,684	6 bis 36	6,2	2,0
3	40	20	0,980	0,684	6 bis 36	5,9	2a
4	30	5	0,990	0.870	6 bis 36	5,8	2,1
5	60		0,973	0,543	6 bis 36	6,4	1,8
6	60	20	0,973	0p43	6 bis 36	72	1,4
7	80	15	0,960	0,441	6 bis 36	7,0	1,6
8	90	15	0,952	0392	6 bis 36	6,7	1,9
9	35	30	0.993	0,940	6 bis 36	5,6	24

in den sämtlichen in der Tabelle angegebenen Beispielen betrug die Konzentration an inhaltsstoffen im

Klärwasser 6 bis 36 mg/1. Wie aus der Tabelle zu ersehen ist (Beispiel 6) weist der Apparat die höchste Leistung
indem Fall auf, wenn das Abwasser auf 60° C erwärmt und der Elektrolyt auf 20" C abgekühlt werden.

Bei einer Erhöhung der Abwassertemperatur über 80^?C nimmt ihre Dichte und Viskosität ab, was zu einer
Vergrößerung; der Gasbläschen und zu einer Herabsetzung ihrer Flotationsfähigkeit führt. Bei Temperaturen
über 90°C erfolgt im Abwasser eine intensive Dampfbildung, was die Koagulation der Inhaltsstoffe stark
verschlechtert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrochemischen Abwasserreinigung, welches das Durchströmen eines Elektrolyts zwischen Lösungselektroden einer Elektrokoagulationskammer, die Vermischung in der Elektrokoagulationskammer über den Lösungselektroden von Abwasser mit einem nach oben strömenden, durch das Auflösen der Lösungselektroden gewonnene Produkte enthaltenen Elektrolyt und das Abscheiden des dabei gebildeten Schaums und Schlamms in einem Absetzraum einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vermischenden Flüssigkeitsströme mit unterschiedlichen Temperaturen zugeführt werden, wobei das Abwasser erwärmt und der Elektrolyt abgekühlt wird.

ίο

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser auf eine Temperatur vor 40 bis

80⁰C erwärmt und der Elektrolyt auf eine Temperatur von 5 bis 25°C abgekühlt wird.

3. Apparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Absetzraum mit einem Ablaufstutzen für Klärwasser, einer Elektrokoagulationskammer, welche innerhalb des Absetzraumes angeordnet ist und einen Zulaufstutzen für Abwasser,

einen Zulaufstutzen für Elektrolyt sowie

eine im unteren Teil der Elektrokoagulationskammer untergebrachte Anordnung von Lösungselektroden aufweist

dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufstutzen (4) für Abwasser an einen Erhitzer (7) und der Zulaufstutzen (5) für Elektrolyt an einen Kühler (8) angeschlossen ist