DE19506857A1 - Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung - Google Patents

Description

Bei einer Vielzahl von technischen Abläufen fallen Dispersionen an, die gezielt als Emulsion eingesetzt wurden oder durch die Verfahrensdurchführung im Prozeß selbst entstehen.

Es handelt sich zumeist um Abfall-, Betriebs- und Hilfsstoffe, beispielsweise Bohremulsionen aus der spanabhebenden Metallverarbeitung, nicht verbrauchte bzw. umgesetzte Einsatzmate­ rialien, wie Farben, zum Beispiel beim automatischen Lackieren, aber auch um Abwässer aus der Reinigung von Transport- und Produktionseinrichtungen, z. B. der Lebensmittelindustrie. Der Aufwand bei der herkömmlichen Entsorgung derartiger Abwässer, die allgemein neben ihrem hohen CSB- und BSB₅-Gehalt durch das verstärkte Auftreten von toxischen und kan­ zerogenen organischen Komponenten und sehr oft durch die Verunreinigung mit Schwer- und Halbmetallionen, wie beispielsweise Blei-, Zink-, Kupfer- und Antimonionen, gekennzeichnet sind, ist außerordentlich stark und steigt ständig. Zunehmend macht sich eine in situ-Auf­ bereitung der Produktions- und Abwässer erforderlich. Grund sind die sich ständig verschär­ fenden Auflagen für die indirekte Einleitung von Abwässern und zum Gewährleisten einer ökologisch-ökonomisch effizienten Prozeßführung. Es entsteht die Forderung nach einer ge­ schlossenen Kreislaufführung der Betriebswässer.

Ziel ist dabei, durch eine Behandlung ohne wesentlichen Zusatz von Chemikalien den ur­ sprünglichen Ausgangszustand des Einsatzwassers oder der Einsatzflüssigkeit wiederherzustel­ len, um eine Vielfachnutzung der Flüssigkeit zu ermöglichen.

Für die Emulsionsspaltung sind eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen und erprobt worden.

Unter Spaltung, auch Dismulgierung genannt, wird die Zerlegung der Emulsion in eine Ölphase und in Wasser mit anschließender Abtrennung des Ölanteiles in freier oder gebundener Form verstanden. Dabei muß die stabilisierende Wirkung von Emulgatoren durch geeignete Metho­ den ausgeschaltet werden.

Dafür kommen sowohl die Zufuhr mechanischer, thermischer oder elektrischer Energie, als auch die Anwendung anderer chemischer, physikalischer sowie chemisch-physikalischer Verfahren in Frage.

Bei der mechanischen oder thermischen Energiezufuhr wird die Eigenbewegung der Emulsi­ onströpfchen beschleunigt. Dadurch kommt es zu häufigen Zusammenstößen mit anderen Emulsionströpfchen bzw. mit der Behälterwandung. Das führt zu einer beschleunigten Koagu­ lation, d. h. Zusammenballung der Öltröpfchen und des Wassers. Die elektrische Energiezufuhr bewirkt eine Entladung der Emulsionströpfchen und erleichtert dadurch das Zusammenfließen der Tröpfchen. Bei der Anwendung chemischer Methoden werden durch Zugabe von Elektro­ lyten (Salz oder Säure) die Grenzflächenspannungs- und Ladungsverhältnisse an der Oberflä­ che der Emulsionströpfchen verändert. Elektrolyte wirken insbesondere bei der Verwendung von anionenaktiven Emulgatoren, da hier die vorliegende negative elektrische Ladung der Öl­ tröpfchen durch die Metallionen des Salzes bzw. das Wasserstoffion der Säure verringert bzw. neutralisiert und damit die stabilisierende Wirkung infolge elektrostatischer Abstoßung aufge­ hoben wird. Die Wirksamkeit von Elektrolyten nimmt in der Reihenfolge einwertiges Kation, mehrwertiges Kation und Wasserstoffion der Säure zu. Bei nichtionogenen Emulgatoren be­ einflußt die Elektrolytzugabe die Hydratation. Möglich ist auch ein oxidativer Abbau des Emulgators, wobei man man zwischen chemischer Oxidation, z. B. mittels Cl₂, Ozon, KMnO₄ o. ä., und natürlicher Oxidation, z. B. Alterung durch Einwirkung von Luft und UV-Strahlung unterscheidet. Bei den physikalischen Methoden handelt es sich um mechanische Verfahren, bei denen die Trennung durch Ausnutzung der unterschiedlichen Dichte und Adhäsion von Mine­ ralöl und Wasser erreicht wird. Hierzu zählen Membranfiltration, bei der die Phasentrennung mittels halbdurchlässiger Membranen im Ultrafiltrationsbereich erfolgt und thermische Spal­ tung, bei der durch das Verdampfen des Wasseranteils die Emulsion zerlegt wird. Bei den chemisch-physikalische Methoden wird durch die Zugabe von Trennmitteln (Einkomponenten- oder Mehrkomponentensystem) die Emulsion gespalten und der Ölanteil adsorbiert. Weiterhin werden Kombinationen von Elektrolytzugabe und Trennung durch Elektrolyse angewendet.

Von großem Interesse sind elektrochemische Verfahren, da hier im wesentlichen kein Fremd­ chemikalieneintrag erforderlich ist und die Transparenz der Lösung ohne jede Bedeutung für den Erfolg der Behandlung ist.

Bekannt sind hier Verfahren zum Aufbereiten von verunreinigten Flüssigkeiten, die Schadstoffe wie Schwermetallionen, Öle, Fette, Kohlenwasserstoffe und dergleichen enthalten. Die Aufbe­ reitung erfolgt durch eine Elektrolysebehandlung der Flüssigkeiten.

Es werden dabei an Elektrodenoberflächen in an sich bekannten Reaktionen katodisch Was­ serstoffbläschen und anodisch Sauerstoffbläschen erzeugt, die sich an die organischen Teilchen oder Tröpfchen anlagern und sie zur Flüssigkeitsoberfläche tragen.

Die Schadstoffieilchen können dann abgeschöpft werden. Dazu wird in DE 40 24 424 Al eine Vorrichtung angegeben. Die Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen von der Flüssigkeit durchströmten ungeteilten Senkrecht-Elektrolyseur, einen Behälter für die Flüssigkeit zur Emulsionstrennung sowie einen Mischbehälter für die Vorbehandlung der Lösung. Die Kato­ den-Anodenanordnung ist dabei so gewählt, daß die durch die Zulautöffnung in die Elektroly­ seanordnung einströmende Flüssigkeit die Kammer als laminare Strömung von unten nach oben passiert, d. h. in Auftriebsrichtung der Gasbläschen. Während der anodischen Belastung löst sich unter Geometrieveränderung die Anode aus Aluminium auf und die Schadstoffteilchen werden infolgedessen von einem Aluminiumhydroxid-Hydrolisat umschlossen. In einem Beru­ higungsbecken wird die Trennung der Phasen vollendet. Die ölige, bzw. allgemein organische, wasserunlösliche Phase wird sodann abgeschöpft.

Bekannt ist weiterhin aus der DE 05 2552 486 eine Vorrichtung der gattungsmäßigen Art zur Reinigung von Ölanteile enthaltendem Wasser. Hier strömt die zu behandelnde Flüssigkeit durch parallel zum Flüssigkeitsspiegel angebrachte Elektrodensysteme bzw. durch eine Elek­ trodenanordnung von oben nach unten.

Die durch die chemische Vorbehandlung, erst Ansäuern, dann Neutralisieren, in Verbindung mit der Elektrolyse entstehenden Float-Flocken werden bei beiden angeführten gattungsgemä­ ßen Verfahren und anderen bisher bekannten Vorrichtungen unter Druck oder drucklos ent­ wässert. Bezogen auf das Ursprungsvolumen, drastisch verringerte stichfeste Masse wird dann einer Endlagerung oder thermischen Verwertung zugeführt.

Nachteilig bei diesen bisher bekannten elektrochemischen Verfahren zur Emulsionsspaltung ist vor allem, daß dem Ab- bzw. Produktionswasser nach Einsatz im Prozeß Chemikalien zuge­ setzt werden müssen, die in jedem Fall den Salzgehalt erheblich erhöhen. Neben dem Anfall von Chemikalienkosten werden dadurch die Einleitbedingungen verschlechtert. Im Fall der Mehrfachnutzung als Prozeßwasser werden durch die Erhöhung der Salzfracht die korrosiven Eigenschaften des gereinigten Wassers erhöht. Aus diesem Grunde ist der Mehrfacheinsatz im Rahmen einer Wasserkreislauf-Prozeßführung der behandelten Ab- und Prozeßwässer oft nicht möglich.

Aus diesem Grund sind eine Reihe von Vorschlägen unterbreitet worden, um Schmutzwasser elektrolytisch durch Elektroflotation zu behandeln.

In DE 43 29 272 C1 wird dabei Schmutzwasser von unten nach oben zwischen vertikalen Eisen- oder Aluminium-Elektroden in ein Beruhigungsbecken geleitet. Der ausgeflockte Schmutz wird entweder direkt abfiltriert oder am Beckenboden aufkonzentriert.

DE 4236723 C1 schlägt eine Vorrichtung vor, bei der an sich verbrauchende Elektroden aus Eisen oder Aluminium das Abwasser mäanderförmig in einer langen Wegstrecke mit annähernd konstanter Geschwindigkeit so vorbeigeführt wird, daß die Flockung in der Strömung in Schwebe gehalten und mit der Strömung transportiert wird.

DE 3641365 C2 schlägt zur Reinigung von Abwasser kaskadenförmige Metallplattenpakete als Elektroden vor, wobei das erste Plattenpaket aus Eisen und das zweite aus Aluminium besteht.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß eine ständige Geometrieveränderung der Anode durch ihre Aufzehrung selbst eintritt, die auf die anodische Umsetzung von Eisen und Aluminium zurückzuführen ist. Die bekannten Verfahren sind auch wenig flexibel, wenn Abwässer oder Emulsionen oder Waschlösungen mit unterschiedlichem Schadstoffgehalt behandelt werden müssen. Diese Nachteile können mit den bekannten Verfahren bisher nicht beseitigt werden.

Es gelingt daher gegenwärtig noch nicht umfassend, Abwässer, die beim Reinigen von techni­ schen, tribochemisch bzw. -mechanisch beanspruchten Apparaten und Vorrichtungen oder beispielsweise als Sickerwässer von Deponien technischer Anlagen anfallen, und ein komplexes Schadstoffspektrum wie Schwermetallionen, polyzyklische Aromaten und chlorierte Verbin­ dungen enthalten, kostengünstig und zugleich sicher zu entsorgen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das auf einfache und wirtschaftliche Art, ohne Zusatz von Chemikalien, Emulsionen, die als Abwässer und verbrauchte Prozeßwässer anfallen und mit Schwermetallionen verunreinigt sind, so aufzubereiten, daß entweder eine gefahrlose Abwassereinleitung gemäß der Bestim­ mungen zur indirekten Abwassereinleitung, oder ein erneuter Einsatz als Prozeßwasser mög­ lich ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung soll sich durch einfachen Aufbau, flexible Prozeßführung sowie geringe Betriebskosten auszeichnen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst, indem eine elektrochemische Anordnung gewählt wird, in der an drei Elektroden in einer ungeteilten Zelle die aufzubereitende Flüssigkeit in Form einer laminaren Strömung mehrfach vorbeigeführt wird. Die erfindungsgemäße Elektro­ denanordnung ist so ausgebildet, daß an einer Katode aus Edelstahl, Nickel oder einem geeig­ neten anderen Katodenmaterial feine Wasserstoffbläschen entwickelt werden die in einem kontinuierlichen Strom nach oben steigen. Die zweite Elektrode besteht aus einer Anode, vor­ zugsweise einer edelmetallbedeckten Titaniumelektrode, die auch in chloridbelasteten Flüssig­ keiten langzeitstabil ist. An ihr werden feine Sauerstoffbläschen erzeugt oder organische Ver­ bindungen oxidiert. Entstandene Sauerstoffbläschen lagern sich ähnlich der Wasserstoffbläs­ chen an die organischen Anteile der gebrochenen Emulsion an und beschleunigen die Tren­ nung der beiden Phasen. Durch die elektrochemische Behandlung wird die Emulsion gebro­ chen, und die feinstverteilten Gasbläschen lagern sich an den Tröpfchen bzw. flocken aus mit Wasser nicht mischbarem Material an. Der vertikale Auftrieb der Tröpfchen bzw. Flocken wird so noch beschleunigt.

Die dritte Elektrode, eine als Anodenkorb geformte inerte Elektrode, ist als Opferanode aus­ gebildet und enthält als Opfermedium Eisen- oder Aluminium- Magnesiumschrott, welcher in einer oxidativen Reaktion feinstverteilte Hydroxide oder Oxid-Hydrate mit sehr großem Ab- und Adsorptionsvermögen bildet.

Erfindungsgemäß ist nun, daß je nach Art der Zusammensetzung der Emulsion bzw. des Schadstoffspektrums eine differenzierte Betriebsweise der geteilten elektrochemischen Zelle und der Elektrodenanordnung gewählt wird. Dazu werden zwei Gleichstromkreise installiert, als deren gemeinsame Katode die Edelstahl-, Nickel- oder eine aus einem anderen geeigneten wasserstoffentwickelnden Material bestehende Elektrode verwendet wird. Der Anodenkreis ist elektrisch geteilt und wird erfindungsgemäß mit einer ersten Anode bzw. aus einer edelmetall­ beschichteten Titaniumelektrode, vorzugsweise vom Typ der Rutheniumdioxid/Titanium­ dioxidelektrode, zur Sauerstoffentwicklung betrieben. So wird eine effektive Dismulgierung erreicht, und die mit feinsten Glasbläschen besetzten organischen Komponenten werden zur Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels getragen. Die zweite Anode, ein Titaniumkorb, in den das Opferanodenmaterial eingelegt wird, dient der Erzeugung von ab- und adsorptiven Festhydro­ lysaten, die in statu nascendi ohne Zusatz von Fremdchemikalien erzeugt werden.

Im wesentlichen läuft dabei eine chemische, aus Opferanodenprozessen bekannte Reaktion ab, die sich gemäß (1) darstellen läßt:

Fe → Fe³⁺ + 3_- (1a)
Fe³⁺ + 3H₂O → Fe(OH)₃↓ + 3H⁺+ (1b).

Das an der Elektrode intermeditär entstehende Fe³⁺ (1a) hydrolysiert in nicht zu saurer bzw. alkalischer Lösung sofort zu braunrotem Fe(OH)₃ (1b), bzw. ähnlichen Oxid-Hydraten. Dieses besitzt durch seine große Oberfläche einen stark ab- und adsorbierenden Charakter sowohl für organische Komponenten als auch für Schwermetallionen und entzieht diesen fast vollständig der Flüssigkeit. Die Verhältnisse für Aluminium- bzw. Magnesium-Aluminiumschrott als Op­ feranodenmaterial sind analog dem beschriebenen Beispiel des Eisens. An der Katode entsteht im Verlauf der Reaktionen nach (1) eine äquivalente Menge an OH-Ionen, die mit den Protonen zu Wasser reagieren, so daß im Ergebnis der elektrochemischen Umsetzung keine Fremdionen bzw. zusätzliche Salzlasten entstehen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung ist, anders als bei bisher bekannten Anordnungen mit nichtinerten Anoden, wie beispielsweise Aluminiumplatten- oder Eisenplat­ ten- bzw. Eisenrohranoden, der Stromumsatz nicht unmittelbar mit der durch die Strommenge bestimmten Eisen- bzw. Aluminiumhydroxid- oder Oxidhydratmenge verknüpft, sondern kann durch die Variation der anodischen Teilströme in weiten Grenzen beeinflußt und damit dem jeweiligen Schadstoffanfall optimal angepaßt werden.

Außerdem erweist sich als besonders vorteilhaft, daß die eigentliche Elektrodengeometrie durch den Einsatz einer dimensionsstabilen chloridbeständigen Titanium-Ruthenium-Oxid­ mischelektrode sowie eines Titaniumanodenkorbes, in den der Eisen- bzw. Aluminiumschrott als Opferanode eingefüllt wird, sich im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren während der Elektrolysebehandlung nicht verändert.

Erfindungsgemäß kann je nach vorliegendem Einsatzfall die Opferanode sowohl unterhalb als auch oberhalb der sauerstofferzeugenden Anode angeordnet werden.

Durch die elektrolytische Behandlung der Abwässer bzw. verbrauchten Prozeßwässer fließt eine wäßrige, gereinigte, von Schwermetallionen und anodischen toxischen und kanzerogenen Verbindungen weitgehend befreite, Phase oberhalb der Elektrodenanordnung in ein Beruhi­ gungsbecken. Hier wird durch eine 10-60 min. dauernde langsame, horizontal gerichtete flie­ ßende Bewegung die Abtrennung der die organischen wasserlöslichen Stoffe und Schwerme­ tallionen enthaltenden Öl-Metallhydroxid-Schäume, vervollständigt. Je nach Verunreinigungs­ grad der Abwässer kann der inerte Kreislauf mehrfach durchlaufen werden. Zur Steuerung des gereinigten Flüssigkeitsstromes können Strömungsbleche in den Behälter eingebracht oder der Behälterboden in seinem Querschnitt in Bereichen des Absetzbeckens verändert werden.

Erfindungsgemäß ist nun, daß in Abhängigkeit vom Zustand der zu behandelnden Emulsion ein definiertes Verhältnis zwischen der Stromauslastung an beiden Anoden, der beschichteten Ti­ taniumelektrode zur Sauerstofferzeugung und dem mit Eisen- oder Aluminium-Magnesium­ schrott beschichtetem Anodenkorb eingestellt wird, um den Erfolg der Emulsionsbehandlung zu optimieren. Dazu wird über einen Eingangssensor als Summenparameter die Oberflächen­ spannung der von größeren Feststoffteilchen befreiten Emulsion gemessen. Das gemessene Signal beeinflußt einen Stromteiler für die beiden Anoden dahingehend, daß bei sehr kleinen Oberflächenspannungen die Sauerstoffentwicklung an der beschichteten Titaniumanode zuun­ gunsten des das Opferanodenmaterial enthaltenden Titaniumanodenkorbes gedrosselt wird. Das Verhältnis der Ströme an beiden Teilanoden kann dabei zwischen 5 : 1 und 1 : 4 betragen.

Für besonders stark belastete Emulsionen können zur optimalen Stromeinspeisung in beide Anoden weitere Sensoren, insbesondere zur Schwermetallbestimmung und in einem Bypass auch solche zur Erfassung von Aromaten und ihrer Derivate durch Detektion ihrer UV- Absorption eingesetzt werden, deren Signale die Stromteilung zwischen beiden Anoden be­ stimmen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß der Elektrodenabstand zwischen den geteilten Anoden und der Katode während des elektrolytischen Reinigungsprozesses variiert werden kann.

Im einfachsten Fall sind Katode und Anoden parallel in einem Abstand von 5-30 mm, vor­ zugsweise von 5-15 mm, senkrecht angeordnet. Bei Emulsionen mit hohem Anteil an organi­ schen Stoffen bzw. Emulgator kann die Opferanode erheblich in Richtung auf die Katode ver­ schoben werden, so daß sie sich über der sauerstofferzeugenden beschichteten Titaniumanode befindet.

In dem Fall einer starken Verunreinigung der Emulsion ist es auch möglich, die Katode aus der Senkrechten in einem Winkel von bis zu 15 Grad zu den Anoden hin anzukippen.

Diese Verschiebungen der Opferanode in Richtung auf die Katode hin bzw. das Ankippen der Katode erfolgt durch Schrittmotoren, die durch ein Sensorsignal, das beispielsweise aus der Messung der UV-Extinktion der Emulsion gewonnen wird, gesteuert werden. Die Extinkti­ onsmessung findet in einem speziell ausgeformten Bypass kontinuierlich während der elektro­ lytischen Behandlung statt.

Diese erfindungsgemäße Verfahrensweise, die eine Strombelastung an den geteilten Anoden von bis zu je 1000 A einschließt, führt dazu, daß die Schadstoffflocken bzw. -tröpfchen, die mit feinsten Gasbläschen beladen und von der parallel entstehenden ab- und adsorptionsfähigen Hydroxidschicht umschlossen sind, nach oben steigen.

Die Betriebsweise wird dabei so gewählt, daß die Summe aus Gasauftriebsgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit der zu behandelnden Emulsion ein laminares Strömungsverhalten gewährleistet.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise und Anordnung wird gewährleistet, daß unmit­ telbar über dem Elektrodenblock der größte Teil der Schadstoffanteile, mit dem Hydroxid­ schlamm verbunden, auf der Oberfläche der gereinigten Wasserschicht aufschwimmt und schon hier entfernt werden kann.

Nicht erfaßte Bestandteile werden durch den inerten Kreislauf bei den nächsten Durchgängen durch die Elektrolysezone aufgeschäumt. Durch den inerten Kreislauf des Elektrolyten wird der Schaum zu einem seitlich angeordneten Prallblech geführt und rutscht in einen Auffangbe­ hälter und kann hier mit den bekannten Vorrichtungen drucklos oder unter leichtem Druck weitgehend entwässert werden.

Der dann üblicherweise als stichfeste Masse vorliegende Schlammkuchen, der bezogen auf das behandelte Volumen nur einen sehr geringen Bruchteil der behandelten Emulsion ausmacht, kann einer Endlagerung oder aber einer Sondermüllverbrennung zugeleitet werden.

Die Vervollständigung der Trennung zwischen nichtwasserlöslichen und organischen Anteilen, die mit dem Hydroxidschlamm verbunden sind bzw. sein können, und dem behandelten Wasser erfolgt in dem Beruhigungsteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dieser Beruhigungsteil kann je nach Art der zu behandelnden Emulsion bzw. des Abwassers bis zu mehrere Meter lang gewählt werden.

Über das Wehr fließt der Schaum ab. Das gereinigte Abwasser wird in der unteren Ecke der Beruhigungszone abgezogen. Bei sehr stark verunreinigten Abwässern oder großen Mengen werden mehrere solcher Spaltzellen hintereinander geschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung schließen eine mobile Betriebweise ein, wobei die notwendige elektrische Energie entweder am Standort der Emulsionsbehandlung bereitgestellt oder autark erzeugt werden kann.

Anhand von Zeichnungen soll dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert werden. Dabei sind dargestellt in:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt längs der Linie a-a in Fig. 1.

Den Fig. 1-3 ist zu entnehmen, daß die vorgefilterte Emulsion, belastete Flüssigkeit oder das verbrauchte Prozeßwasser in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehend aus einem wannenartigen langgestreckten Behälter (10), mit Stirn- (11, 12), Längswänden (13, 14) und einem Boden (15), behandelt wird. Das Behältnis wird dabei vorzugsweise aus einem stabilen, leichten korrosionsbeständigen Material hergestellt und ist gegen Verwindungskräfte versteift.

Die zu behandelnde Flüssigkeit tritt an einer in der ersten Stirnwand in Bodennähe angebrach­ ten Öffnung (16) in das Behältersystem ein und wird durch Aufgabedüsen (17) in die vertikale Elektrolyseeinrichtung (50) eingespeist. Den vertikalen Abschluß der Elektrolyseeinrichtung (50), die die verunreinigte Flüssigkeit in jedem Fall passieren muß, stellt zum einen die Stirn­ wand (11) und zum anderen das Katodenblech (51) mit aufsitzender Plastmaterialplatte (52) zur Einstellung der Überlaufhöhe des Wehrs in das Beruhigungsbecken dar. Das Katodenblech (51) und die damit verbundene Platte (52) sind in Plasteschienen (53) eingepaßt, die mit Dicht­ gummi (54) flüssigkeitsdicht gegen die Seitenwände (13, 14) abgedichtet werden.

Ein Schrittmotor (54) kann die Katode (51) mit Platte (52) bei Bedarf abwinkeln.

Der Anodenbereich besteht aus einer Titaniumdioxid-Rutheniumdioxid beschichteten Titani­ umstreckmetallelektrode (55), die über die gesamte Breite des Elektrolysierteiles ausgebildet ist und sich parallel zur ursprünglich senkrecht aufgestellten Katodenanordnung in einem sol­ chen Abstand befindet, daß der ohmsche Spannungsabfall 2 bis maximal 5 V nicht überschrei­ tet.

Die zweite Teilanode ist als Titaniumkorb (56) ausgebildet, die sich oberhalb der rutheniumdi­ oxid-titaniumdioxidbeschichteten Anode befindet und das eigentliche Opferanodenmaterial Eisen- oder Aluminiumschrott (57), das von Hand bei Bedarf eingetragen wird, aufnimmt.

Ein zweiter Schrittmotor (58) kann den Titaniumkorb in Richtung auf die Katode verschieben, so daß gegebenenfalls erfindungsgemäß die zu behandelnde Flüssigkeit den Anodenkorb durchfließt bzw. umspült. Gleichzeitig wird dadurch der Parallelstrom für die Opferanoden verändert.

Die Elektroden werden auf korrosionsbeständigen Schienen (59) verschoben.

Bei den Stromzuführungen wird durch geeignete Isolation eine Funkenbildung sicher ausge­ schlossen und damit eine Explosionsgefahr durch die sich katodisch ausbildenden Wasser­ stoffbläschen verhindert. Über der gesamten Elektrolysevorrichtung ist eine flächige Absaug­ vorrichtung (71) angeordnet, die in jedem Fall ein Verhältnis zwischen katodisch gebildetem Wasserstoff und Luftdurchsatz von < 1 : 100 gewährleistet. Ein Wasserstoffdetektor (72) kontrolliert und sichert über ein Elektrolyseabschaltsystem, daß die Wasserstoffkonzentration < 0,1% in der Abluft in keinem Fall überschritten werden kann.

Über das aus der Katode (51) und der Plasteplatte (52) gebildete Wehr fließt die behandelte Flüssigkeit in das Beruhigungs- und Trennbecken (29), das in Abhängigkeit von der zu reini­ genden Flüssigkeit und dem Durchsatz bis zu mehrere Meter lang sein kann. Zweckmäßig ist hier einen sich vertikal verschlankenden Querschnitt der Längsausbildung des Beruhigungs- und Trennbeckens vorzusehen und zur Stabilisierung des Gesamtsystems Längs- und Querrip­ pen anzuordnen.

Weiterhin ist von Vorteil und zweckmäßig, im Beruhigungs- und Trennbecken abfallende Be­ reiche, an deren tiefstem Punkt Ablaßventile angeordnet sind, anzuordnen.

Das auf der Oberfläche aufschwimmende, die Schadstoffe und mit Wasser nicht mischbare or­ ganische Anteile enthaltende Hydroxid- bzw. Oxidhydrat-Gel wird durch Luft ausstoßende Düsen (75) in eine Ablaufrinne abgestreift und in einem Vorratsgefäß (73) gesammelt.

Die vorsichtige Entwässerung erfolgt in einem bekannten und kommerziell erhältlichen Schlammentwässerer.

Im Zulaufbereich der zu behandelnden Flüssigkeit ist in einem Bypaß (32) eine Sensorvorrich­ tung, bestehend aus einer UV-Lichtquelle, die wahlweise im Wellenlängenbereich um 250 nm, 280 nm und 320 nm ihr Abstrahlungsmaximum besitzt, und einen dazu wellenlängenangepaß­ ten Sensor, angeordnet. Diese Teilvorrichtung ist in der Lage, über die Extinktion im UV- Bereich die organische Schadstoffkonzentration bzw. den Anteil an organischen Komponenten im Emulgat zu erfassen und so aus dem abgebildeten Sensorsignal die Teilströme zwischen den beiden Anoden einzuregeln. Zumeist erfordert ein hoher Anteil mit Wasser nichtmischbarer emulgierter organischer Komponente eine stärkere Gasentwicklung zuungunsten der parallel erzeugten Hydroxid- bzw. Oxidhydrat-Gel-Komponente. Der UV-Sensor kann im Falle von starker detergentienhaltiger Abwässer durch einen die Oberflächenspannung detektierenden Sensor ergänzt oder ersetzt werden., dessen Signal ganz oder zusätzlich die anodische Teil­ stromsteuerung übernimmt.

Das erfindungsgemäße Spaltverfahren und die dazugehörige Vorrichtung kann aufgrund der flexiblen Gestaltungs- und Betriebsweise ein breites Spektrum von schadstoffbelasteten Flüs­ sigkeiten, insbesondere Ab-, Spül-, Betriebswässern und Emulsionen sicher von toxischen-, kanzerogenen und schwermetallionischen Komponenten sehr kostengünstig und bei geringem Anfall von zu entsorgenden bzw. endzulagernden Abfällen befreien und so einleitbare Abwäs­ ser bzw. Kreislauf- und Prozeßwässer mit ursprünglichen Eigenschaften erzeugen.

Claims (7)

1. Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung zur Behandlung von mit Schwerme­ tallionen und/oder organischen Komponenten, insbesondere toxischen und kanzerogenen Aromaten und ihren Derivaten, belasteten Emulsionen, Wasch-, Sicker- und Prozeßwäs­ sern durch Elektroflotation, ohne Zusatz von Fremdelektrolyten, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Dreielektrodensystem, bestehend aus einer im Anstellwinkel veränderbaren Katode und zwei Anoden, einer vorzugsweise mit Titanium-Ruthenium-Mischoxid­ schichten bedeckten Titanium-Anode und einer zweiten dimensionsstabilen Elektrode, welche anodisch leicht löslichen Metallschrott, vorzugsweise Eisen, Aluminium und/oder deren Legierungen, in vorzugsweise regelloser Form korbartig umschließt und über die erste Teilanode geschoben werden kann, in mittleren pH-Bereichen gleichzeitig feinste Gasbläschen und aufoxidierte Hydroxid- oder Oxid-Hydrat-Gele aus dem Metallschrott bildet, wobei das Teilstromverhältnis an den beiden Anoden im Bereich von 5 : 1 bis 1 : 4 variiert wird.

2. Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anstellwinkel der Katode auf die Anoden hin um 0-150, bevorzugt bis zu 10°, verändert werden kann.

3. Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein extinktionsabhängiges Signal eines UV-empfindlichen Sensors und/oder das Signal eines die Oberflächenspannung detektierenden Sensors in Abhängig­ keit vom Schadstoffgehalt und der Schadstoffart zur Regelung sowohl der Stromauftei­ lung an die Teilanoden als auch des Anstellwinkel des Katodenbleches und/oder der Lage des Anodenkorbes über der anderen Teilanode verwendet wird.

4. Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung gemäß Anspruch 1-3 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Metallschrott umschließende Anode bis auf 3 mm an das Ka­ todenblech heran vertikal über die andere Teilanode geschoben werden kann.

5. Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung gemäß Anspruch 1-4 dadurch ge­ kennzeichnet, daß Gasauftriebsgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit so ge­ wählt werden, daß bei vorgegebener Elektrodengeometrie ein laminares Strömungsver­ halten gewährleistet ist.

6. Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung gemäß Anspruch 1-5 dadurch ge­ kennzeichnet, daß der pH-Wert der Emulsion bzw. Flüssigkeit im Bereich von 4-10 liegt.

7. Elektrochemisches Spaltverfahren und Vorrichtung gemäß Anspruch 1-6 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrochemische Behandlung der Abwässer und Emulsionen, ins­ besondere der Preß- und Sickerwässer aus der Schlammverfestigung, mehrfach wieder­ holt werden kann.