DE2757776C2 - Verfahren zum Reinigen von ölhaltigem Abwasser durch Elektrolyse - Google Patents

Description

i = (N)RCo)IO-⁴
gegeben ist, worin "

N eine Zahl im Bereich von 20 bis 50,

f die Strömungsgeschwindigkeit der Öl-in-Wasser-Emulsion pro Flächeneinheit der Elektrode in Kubikzentimeter pro Minute, ₃p

Co die Anfangskonzentration des Öls in dem Wasser in 1 eilen pro Million Teile und

i der Strom pro Flächeneinheit der Elektrode in mA bedeuten, und

daß man die Eisen-(II)-ionen unter Bildung einer homogenen Dispersion von Eisen-(HI)-ionen oxidiert.

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Gegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren zum Reinigen von ölhaltigem Abwasser durch Elektrolyse unter Verwendung einer Eisen-(II)-Ionen liefernden Elektrode. In der US-PS 35 2389! ist eirsr Vorrichtung mit einer -auflösbaren Elsenelektrode 'ur a^satzwelsen Behandlung ^von Abwässern beschrieben. Das System, das bei der !^Abwasserbehandlung die herkömmlichen Methoden, 3iämllch den Rleselfllterprozeß und das BelebtschlammzzVerfahren ersetzen soll, umfaßt im Abstand voneinander fingeordnete Metallelektrodenplatten, die mit einer —Stromversorgung verbunden sind und während der zrjehandlung des Abwassers mehrwertige Metalllonen und —Hydroxyllonen liefern. Hiermit wird durch Elektrolyse In ziden beiden Elektroflotationszeüen ein flockiger Meta^l- ^hydroxldnlederschlag gebildet, der unter Einwirkung des eingeführten Ozons bzw. des durch Elektrolyse gebildeten Sauerstoffs nach oben aufsteigt und die in dem Abwasser enthaltenen suspendierten Feststoffe abfängt und an die Flüsslgkeltsoberfläche führt.

Aus der DE-OS 22 12 959 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von wasserunlöslichen Stoffen, insbesondere Ölen, und Wasser bekannt, wobei zum Brechen der Emulsion dem Wasser ein Elektrolyt zugesetzt und das Wasser dann unter Verwendung einer Anode aus einem hydroxld-bildenden Werkstoff elektrolyslert wird. Als hydroxld-blldender Werkstoff Ist ir. diesem Stand der Technik lediglich Aluminium angegeben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Reinigen von ölhaltigem Abwasser durch Elektrolyse unter Verwendung einer Elsen-(Il)-ionen liefernden Elektrode anzugeben, daseinfach und In wirksamer und wlrtschäftllcherWeisö durchgeführt werden kann und zur Behandlung von öligen Abwässern, die stabilisierte Ölemulslonen enthalten, hinsichtlich dts Energieverbrauchs pro Einheit der aus dem Wasser abgetrennten öligen Materlallen wirksamer 1st als die herkömmlichen Verfahren.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß Patentanspruch.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht sumit darin, das eine Öl-in-Wasser-Emulsion enthaltende Abwasser durch eine poröse, Elsen-(II)-ionen liefernde Elektrode zu führen, wobei ein festgelegtes Verhältnis des Volumens der Öl-in-Wasser-Emulsion pro Zeiteinheit und des Stromes pro Querschnittsfläche der Anode angewandt wird, welches durch die folgende Formel

i - (N)f(CollO-⁴

gegeben ist, worin

N eine Zahl im Bereich von 20 bis 50,

f die Strömungsgeschwindigkeit der Öl-in-Wasser-Emulsion pro Flächeneinheit der Elektrode in Kubikzentimeter pro Minute,

Co die Anfangskonzentration des Öis in dem Wisser in Teilen pro Million Teile und

i der Strom pro Flächeneinheit der Elektrode in mA bedeuten, und

daß man die Eisen-{II)-ionen unter Bildung einer homogenen Dispersion von Eisen-(III)-ionen oxidiert.

Das Hindurchströmen des festgelegten Volumens der Öl-in-Wasser-Emulsion durch die Elektrode pro Zeiteinheit und das Auflösen einer für das Brechen oder Demulgleren der Emulsion ausreichenden Menge von Elsen-(Il)-ionen führt zur Bildung einer homogenen Dispersion der Eisen-(II)-ionen in dem festgelegten Volumen der ÖI-in-Wasser-Errwlsion. Dabei werden In situ Hydroxylionen an der Kathode gebildet und kleine Luftblasen in der Nähe der Elektroden eingeführt, wodurch die Elsen-(H)-Ionen zu Etsen-(ni)-ionen oxidiert werden.

Durch das Einwirken dieser Elsen-(III)-ionen auf die Öl-in-Wasser-Emulsion wird ein Brechen der Emulsion bewirkt, was zur Folge hat, daß das Ö! in Form eines Schaumes auf der Oberfläche aufschwimmt und von dort entfernt werden kann.

MH der erfindungsgemäßen Verfahrensweise gelingt es, die zum Brechen der Emulsion erforderliche Konzentration an Eisen-(II)-ionen möglichst schnell und möglichst gleichmäßig In die Emulsion einzubringen, so daß es möglich wird, die Emulsion praktisch augenblicklich zu brechen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt wurden.

Die Erfindung sei im folgenden näher anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, und

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Wirkung unterschiedlicher Strommengen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verdeutlicht.

Das erflndungsgemaue venanren Kann auföi-in-wasser-Emulslonen enthaltende Abwässer beliebiger Art angewandt werden. Insbesondere kann man mit Hilfe dieses Verfahrens Öl-in-Wasser-Emulsionen behandeln, die als Kühlmittel and Schmiermittel for die spanabhebende Behandlung von. Metallgegenständen verwendet werden. Eine typische Öi-In-Wasser-Emulsiön eines typischen Schneldölschmlermlttels enthält etwa 79 Gew.-% Mineralöl, 18 Gew.-% einer Seife als Emulgiermittel und 3 Gew.-% einer Mischung aus bioziden Mitteln und Stabilisatoren.

Nach einer gewissen Betriebslebensdauer kann die

Schneidöl flüssigkeit nicht weiter verwendet werden und muß verworfen werden. Da sie eine Emulsion darstellt und in dem Wasser Öl enthält, kann das Material nicht direkt verworfen werden. Daher Ist es erforderlich, vor dem Verwerfen des Materials zunächst die Emulsion zu brechen und in dieser Weise das Öl von dem Wasser zu trennen, so daß man das gereinigte Wasser in die Kanalisation abführen und das Öl wiederverwenden oder in einer Weise beseitigen kann, die für Kohlenwasserstoffmaterialien geeignet ist.

Noch wichtiger ist die Anwendung des Verfahrens auf die Reinigung von Spülabwässern, die beim Spülen von spanabhebend behandelten Werkstücken anfallen und die eine geringe Konzentration des emulgierten Öls von im allgemeinen 500 bis 4000 ppm enthalten. η

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ei.i wirtschaftliches und wirksames Brechen solcher Öl-in-Wasser-Emulsionen.

wie aus der Fig. 1 iu ersehen is* .,iri öliges Fabrikäbwasser, wie die Abwässer, die .'-.im Spülen von spanabhebend bearbeiteten Werkstücken unter Verwendung von Ölemulsionskühlmitteln anfallen, mit Hilfe einer Pumpe 10 in einen Lagerbehälter 12 übergeführt. In diesem Behälter wird das Abwasser mit Hilfe der Heizeinrichtung 14 erwärmt und mit Hilfe der Luftzufühniiigseinrichtung 16 (die schematisch als eine Vielzahl von Pfeilen dargestellt ist) mit Luft versorgt. Irgendwelches freies Öl, das sich an der Oberfläche in dem Lagerbehälter ansammelt, kann abgetrennt und entfernt werden. In dem Aufnahme- und Lagerbehälter kann man den pH-Wert des öligen Abwassers mit Hilfe einer Einrichtung 18 zur Einstellung des pH-Wertes auf einen pH-Wert im Bereich von 6 bis 10 einstellen. Die Menge des mit Hilfe dieser Einrichtung zur Einstellung des pH-Weftes zugesetzten Materials, um den gewünschten pH-Wert zu erreichen, wird mit Hilfe üblicher Methoden zur Berechnung des pH-Wertes errechnet. Man kann auch eine geringe Menge Salz zusetzen, um die ionische Leitfähigkeit zu begünstigen und die Passivierung der Elektrode zu verhindern. Die Zuführung von Wärme und Luft in den Behälter dien! lediglich dazu, das System in den für die weitere Behandlung geeigneten Zustand zu bringen.

Mit Hilfe einer zweiten Pumpe 20 wird kontinuierlich ein Teil des öligen Abwassers aus dem Lagerbehälter 12 abgepumpt und als Öl-in-Wasser-Emulsion der Elektrolysezelle 22 zugeführi. Diese Zelle weist eine Aufnahmezone 24 auf, 'n die die Emulsion zunächst eingeführt wird. Die Zelle besitzt ferner eine Eisen-(II)-ionen liefernde Anode in Form einer Eisenspäne umfassenden Anode, die aus den Metallspänen gebildet sein kann, die >< > bei der spanabhebenden Behandlung von irgendwelchen Werkstücken aus Stahl oder Eisen anfallen. Diese Eisenspäne umfassende Anode wird durch das Hindurchleiten von elektrischem Strom langsam unter Bildung von Eisen-dD-ionen gelöst. Die Geschwindigkeit, mit der *>> sirh riip Annrie !ftst. hängt von der Menee des hindurchgeleiteten Stromes ab. Je höher der Strom Ist, um so tnehr Eisen löst sich Von Zeit zu Zeit bringt man frische Eisenspäne in die Elektrodenkammer ein. um sicherzustellen, daß die EleSctrodenkammer Eisen in einer sol- &o chen Menge enthält, die dazu ausrfcht, das Verfahren kontinuierlich durchzuführen; Bei der Anwendung der Elektrode Ist es^!erforderilch, daßeln weniger als passlvlerender Strom durch die Elektrode geführt wird. Dies bedeutet, daß keine Stromdichte erreicht werden darf, die dazu führt, daß sich das Eisen nicht mehr löst, sondern das Wasser unter Energieverbrauch zersetzt.

Über die Menge des durch die Anode geführten Stroms wird die Menge des Eisens bestimmt, das sich in der durch die Anode strömenden Öl-in-Wasser-Emulsion löst. Wenn man sich die Strömung der Emulsion durch die Anode als pfropfenartige Strömung vorstellt, gemäß der ein Einheitsvolumen der Emulsion in die Anode eindringt, darin behandelt wird und dann wieder aus ihr austritt, ist es ohne weiteres ersichtlich, daß auf einer Seite der Eisenspäne enthaltenden Anode ein kein Eisen enthaltender Emutsionspfropfen vorliegt, daß das Elsen während des Hindurchtretens des Emulsionspropfens durch die Eisenspäne umfassende Anode in bestimmter Menge in die Emulsion eingebrach? wird, und daß de^r Emulsionspfropfen nach dem Austreten aus der Anode einen bestimmten Eisengehalt aufweist, der im allgemeinen konstant bleibt. Somit erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zugabe des Eisens zu der Emulsion praktisch augenblicklich, indem die Konzentration der unter Einwirkung des elektrischen Stroms gelösten Eisen-(II)-!onen der Emulsion von Null auf der einen Seite der Eisenspäne enthaltenden Anode auf einen bestimmten Wert auf der anderen SeUe der Eisenanode Ansteigt, wobei der bestimmte Wert diese' "Conzentration von der Menge des Stroms abhängt, die an die Anode Angelegt wird. Die besondere Art und Weise mit der die zur Erzielung der besten Ergebnisse erforderliche Strommenge gesteuert wird, wird weiter unten näher e/Iäutert. - Nachdem "An Emulsionspfropfen durch die Eisenspäne umfassende Anode 26 geströmt ist, strömt er durch ein Kathodengitter 28, an dem in üblicher Weise Hydroxylionen gebildet werden, die die elektrochemische Reaktion vervollständigen. An ungefähr dieser Stelle wird Luft mit Hilfe sines Lcftzuführungssystems 30 zugeführt. Die zugeführte Luft liegt in Form feiner Blasen vor, wodurch die Eisen-ίΠΗοηεπ ζυ Eiser.-dID-Ionen oxidiert werden und gleichzeitig das aus der Emulsion austretende Öl aufgenommen und an die Oberfläche geführt wird. Das Abfallöl beginnt dann sich in der Emulsionszone 34 der Elektrolysezelle 22 in Form eines Öl-Eisenhydroxid-Schlamms 32 an der Oberfläche der Emulsion abzuscheiden. Diese Zone ist ausreichend la-:g, um eine im wesentlichen vollständige Abtrennung des Abfaiiöls von dem Wasser zu ermöglichen.

In der Nähe des Endes der Öiemulsionsjrecbzone 34 der Elektrolysezelle 22 ist ein Schlammabtrennsystem 36 angeordnet. Dieses System umfaßt einen Förderer 38, der den Schlamm 32 von dem Wasser aufwärtsfördert und in eine Schlammaufnahmeeinrichtung 40 überführt.

Über den Boden der Emulsionsbrechzone 34 wird mit Hilfe einer Leitung 42 klares Wasser abgezogen. Das aus dieser Leitung austretende Wasser kann einem Abwassersystem zugeführt oder in Abhängigkeit von seinem Klärungsgrad und den Anforderungen an das Brauchwasser der Anlage, die dieses System anwendet, wiederverwende. werden.

Das erfim'eungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Man legt (Jen elektrischen Strom gemäß der nachstehenden Gleichung an die Anode 26 an Diese Gleichung bezieht sich auf eine Flächeneinheit der ΕΙεκ-trode, wobei jeder Flächeneinheit die gleiche elektrische Energie zugeführt wird.

Der Strom wird entsprechend der folgenden Gleichung

i = (n)f(Go)(10-<)
angelegt, in der

N irgendeine Zahl ^:m Bereich von 20 bis 50, f die Strömungsgeschwindigkeit der Emulsion pro Flächeneinheit der Elektrode in Kubikzentimeter pro Minute,

Co die Anfangskonzentrationd. »Öls in dem Wasser in

Teilen pro Million Teile und
ί den Strom pro Flächeneinheit der Elektrode in m A

bedeuten.
Diese Gleichung ist in der folgenden Form

N = i(!0^M)/rCo

In der FI g. 2 gegen die Endkonzeniratlon des Öls fn dem Abwasser (In ppm) aufgetragen. Es Ist aus der Kurve zu ersehen, daß wenn N einen Wert Im Bereich von 30 bis 50 besitzt, der ölgchall des Bndprodukts (n Teilen pro Million Teile (ppm) sehr gering 1st. Weiterhin wichtig Ist die Tatsache, daß die Kurve In einem Bereich von etwa 40 bis 50 sich abzuflachen beginnt, so daß es von diesen Werten an nicht mehr erforderlich Ist, die Strommenge

noch zu erhöhen. Mit anderen Worten führt eine weitere Steigerung des Stroms, die durch höhere /V-Werte repräsentiert wird, nicht zu einer signifikant größeren Verminderung des Ölgehalts der behandelten Abwässer. Somit Ist es crflndungsgcmäß nicht bevorzugt, bei einem Wert von N von mehr als 50 zu arbeiten, da hierdurch lediglich Energie verschwendet wird, ohne daß sich besondere Vorteile ergeben.

Wenn man diese Zelle erfindungsgemäß betreibt, so 1st es möglich, pro Minute 0,761 einer Lösung, die 2000 ppm Öl enthält, pro 0,093 m² der Elektrode zu behandeln. Im allgemeinen zeig: das durch die Leitung 42 abgeführte Wasser eine Endkonzeni-ation des Öls von etwa 10 Teilen pro Million Teile.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Reinigen von ölhaltigem Abwasser durch Elektrolyse unter Verwendung einer Elsen-(ID-Ionen liefernden Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß man die Öl-in-Wasser-Emulsion durch eine poröse, Elsen-(II)-lonen liefernde Elektrode mit einem festgelegten Verhältnis des Volumens der Öl-in-Wasser-Emulsion pro Zeiteinheit und des Stromes pro QuerschnlUsfläche der Anode strömen läßt, welches durch folgende Formel