DE1189025B - Verfahren zur elektrochemischen Reinigung von Kloakenwasser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C02c

Deutsche Kl.: 85 c-4

1189 025
E11945 V/85c
13. Februar 1956
11. März 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Reinigung von Kloakenwasser.

Es ist bereits bekannt, und zwar bei dem sogenannten Hermite-Verfahren zur Sterilisation von Spüljauche, dem Abwasser chlorhaltige Salze zuzusetzen, um mittels Elektrolyse Chlor bis zu einem Gehalt von etwa 3 g freien Chlors je Liter zu erzeugen. Der Salzzusatz hat jedoch lediglich den Sinn, durch Elektrolyse desinfizierend zu wirken, nicht aber sollen Phosphate gefällt werden. Das Hermite-Verfahren wird auch nicht in getrennten Kathoden- und Anodenlösungen ausgeführt.

Gewöhnlich reinigt man aber Kloakenwasser, indem man es filtert oder mechanisch sich absetzen läßt. Eine häufig angewandte Methode ist auch das sogenannte biologische Reinigungsverfahren, bei dem Kloakenwasser unter Einführung von Luft behandelt wird. Mehr als 90% der festen Verunreinigungen können durch diese üblichen Methoden aus dem Kloakenwasser entfernt werden; jedoch verbleiben die im Wasser gelösten Stoffe, z. B. Phosphate, darin. Diese Phosphate gelangen zusammen mit dem Wasser in Flüsse oder in das Meer und können das Wasser außergewöhnlich fruchtbar machen mit der Folge eines unnormalen Wachstums von Algen und Plankton. Beim Absterben und Zerfall der Algen wird der im Wasser gelöste Sauerstoff verbraucht und führt zum Absterben der Fische. Der Algenschlamm macht auch das Wasser trüb und unappetitlich.

Es ist bekannt, daß Phosphate mit Hydroxyden des Eisens und des Aluminiums ausgefällt werden können. Diese Hydroxyde, die etwas löslich sind, setzen sich sehr langsam ab und erfordern große Tanks und Behälter für die Ausfällung und Abscheidung des Schlammes. Es ist ferner bekannt, zur Fällung von Phosphaten Eisen(II)-sulfat, Eisen(III)-sulfat, Kupfersulfat und Aluminiumsulfat zu verwenden und die Phosphate nach Koagulation zu entfernen. Hierbei handelt es sich um eine chemische Ausfällung unter Anwendung eines der vier genannten Sulfate und Adsorption des Phosphates auf kolloidalen Flocken, die vom Koagulanten gebildet werden. Dieses Verfahren ist kostspielig, und soweit hierbei Aluminiumhydroxyd als Koagulant auftritt, ergeben sich dabei Schwierigkeiten, weil dieses im alkalischen Medium in Lösung geht. Es ist ferner bekannt, bei der elektrochemischen Reinigung von Abwasser, diesem Elektrolyte zuzusetzen.

Es wurde nun ein wirtschaftliches Verfahren zur Ausfällung der Phosphate und des Schlammes von Verfahren zur elektrochemischen Reinigung
von Kloakenwasser

Anmelder:

Elektrokemisk A/S, Oslo
Vertreter:
ίο Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,
Frankfurt/M., Annastr. 19

jg Als Erfinder benannt:

Dr. phil. Johan Ernst Fredrik Föyn, Oslo

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 14. Februar 1955 (1412),

Norwegen vom 15. November 1955 (118 929)

Kloakenwasser gefunden, bei dem diese Schwierigkeiten nicht eintreten.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur elektrochemischen Reinigung eines von den gröbsten Verunreinigungen befreiten Kloakenwassers in Gegenwart von dem Kloakenwasser zugesetzten Elektrolyten und besteht darin, daß dem Kloakenwasser Meerwasser oder eine andere Magnesiumionen enthaltende Flüssigkeit zugegeben wird und das Gemisch aus Kloakenwasser und Meerwasser bzw. Magnesium enthaltender Flüssigkeit im Kathodenraum einer mit einem Diaphragma ausgerüsteten Elektrolysezelle so weit alkalisch gemacht wird, daß die Ausfällung des Phosphatgehaltes des Kloakenwassers als MgNH₁PO₁₁ erfolgt, und daß durch den Anodenraum entweder Meerwasser oder vom Kathodenraum kommendes Kloakenwasser geführt wird.

Dabei werden also die Phosphate als MgNH₄PO₄ gefällt. Zugleich wird aber auch Mg(OH)₂ ausgefällt. Dieses Hydroxyd hat stark adsorbierende Eigenschaft und adsorbiert bei seiner Ausfällung im Kloakenwasser suspendierte Teilchen, so daß dieses in der angegebenen Weise sowohl von den Phosphaten als auch von den suspendierten Teilchen befreit wird.
Bei dem Elektrolysiervorgang werden Zellen angewendet, bei denen die Elektroden durch ein Diaphragma voneinander getrennt sind. Die Mischung von Kloakenwasser und Meerwasser wird in den

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Kathodenraum eingeführt. Zusätze von etwa 10 bis Die ausgefällten Phosphate und Hydroxyde wer-

15 °/o Meerwasser sind für eine gute elektrische Leit- den von dem Kloakenwasser in bekannter Weise ent-

fähigkeit der Mischung ausreichend. Während der fernt. Es ist auch möglich, in das Ausfällgefäß Luft

■Elektrolyse wird an der Kathode Wasserstoff ent- einzublasen. Dadurch werden die ausgefällten Phos-

wickelt, und das Wasser im Kathodenraum wird 5 phate und Hydroxyde zur Oberfläche gefördert, wo

alkalisch, wobei Phosphate und Hydroxyde ausge- sie, wie oben beschrieben, abgeschäumt werden.

fällt werden. Die ausgefällten Stoffe werden durch Die Erfindung wird beispielsweise durch die Zeich-

den an der Kathode aufsteigenden Wasserstoff an die nung veranschaulicht.

Oberfläche gefördert, wo sie schwimmen und als Diese zeigt in schematischer Darstellung eine VerSchaum leicht entfernt werden können. io suchszelle, wie sie zur Ausübung der Erfindung an-

Das gereinigte Kloakenwasser kann vom Katho- gewandt wurde. Aus der Zeichnung ist der durch denraum zum Anodenraum geführt werden, wo wäh- Pfeile angegebene Strömungsverlauf zu ersehen. 1 ist rend der Elektrolyse gasförmiges Chlor gebildet wird. die Anode, die z. B. aus Graphit bestehen kann. 2 ist Das Chlor löst sich im Wasser und wirkt als Des- der Anodenraum, in den Meerwasser über das infektionsmittel. Dadurch wird das Wasser so hinrei- 15 zentral angeordnete Rohr 3 und die Verteilungschend gereinigt, daß es dann unbedenklich abgelassen rohre 4 zugeleitet wird. Die Zufuhrmenge kann werden kann. Ein Überschuß an gasförmigem Chlor durch das Ventil 5 eingestellt werden. Die Flüssigkann gesammelt und für andere Zwecke verwendet keitsmenge wird in dem Mengenwasser 6 gemessen. werden. Der Anodenraum 2 ist begrenzt durch ein Dia-

Durch elektrolytische Versuche im Laboratorium 20 phragma 7, das in einem Rahmen, der z. B. aus per-

und im halbtechnischen Maßstab wurde eine Reini- foriertem Eisenblech bestehen kann, angeordnet ist.

gung von über 90% in bezug auf Phosphatgehalt, Zwischen dem Diaphragma 7 und der Kathode 9 be-

Trübung und Färbung erreicht. findet sich der Kathodenraum 10, der eine Mischung

Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der aus Meerwasser bzw. eine Magnesiumionen enthal-

Erfindung kann auch so gearbeitet werden, daß ein 25 tende Flüssigkeit und Kloakenwasser enthält. Diese

Gemisch aus Kloakenwasser, Meerwasser bzw. Ma- Mischung wird dem Kathodenraum nach Durchgang

gnesiumionen enthaltender Flüssigkeit mit einer durch die Mengenmesser 11 und 12 und das Ventil

solchen Menge alkalisch reagierender Stoffe, die zur 14 über die Leitung 13 zugeführt.

Fällung von MgNH₄PO₄ nicht ausreicht, der Elektro- Der obere Teil der Elektrolysierzelle ist von einem

lyse unterworfen wird. 30 ringförmigen Gefäß 15 umgeben, in welches das ge-

Bei dieser Ausführungsform wird also dem Klo- reinigte Kloakenwasser durch die öffnungen 16 in

akenwasser Meerwasser bzw. eine Magnesiumionen der Kathode gelangt. In diesem Gefäß geht die

enthaltende Flüssigkeit und nur ein Teil des zur Aus- Trennung vor sich. Der Schaum 18, der von dem

fällung der Phosphate erforderlichen Alkalis züge- aufsteigenden Wasserstoffstrom nach oben gefördert

geben. Das zur Phosphatfällung erforderliche alka- 35 wird, sammelt sich an der Oberfläche des gereinigten

lische Mileu (pH mindestens 9,5) wird dann im Wassers 17 an und wird durch den Auslaß 19 ent-

Kathodenraum während der Elektrolyse gebildet. weder durch mechanische Mittel, z. B. eine Ab-

Die Zugabe von Alkali kann in Form von ge- streichvorrichtung, oder durch das Einblasen von branntem Kalk, als Dolomit od. dgl. erfolgen. In Luft durch die Öffnung 20 entfernt. Das gereinigte diesem Falle wird das Kloakenwasser mit etwa 10 40 Wasser wird durch die Leitung 21 und das Wasser bis 15 % Meerwasser und dann mit Alkali oder Kalk aus dem Anodenraum durch die Leitung 22 wegversetzt, geführt. 23 und 24 sind Isolierkörper für den Dia-Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin- phragmarahmen 8.

dung, bei der Meerwasser durch den Anodenraum Die im Schaum enthaltenen Feststoffe werden in

geführt wird, ist vorgesehen, das im Kathodenraum 45 üblicher Weise gewonnen. Man erhält einen Schlamm

der Elektrolysezelle behandelte Kloakenwasser mit mit nur etwa einem Drittel des üblichen Wasser-

dem chlorhaltigen Anolyten zu mischen. gehaltes eines Kloakenschlammes, der nach üblichen

Ferner sieht die Erfindung eine Ausführungsform Methoden abgeschieden worden ist.
vor, gemäß der das alkalische Kloakenwasser aus In vielen Fällen ist es vorteilhaft, den Niederschlag dem Kathodenraum einer Elektrolysieranlage und 50 zu trocknen und als Dünger zu verwenden, da der Alkali zu einer Mischung von rohem Kloakenwasser Schlamm als Zusatz für Humus auch Stickstoff ent- und Meerwasser bzw. Magnesiumionen enthaltender hält und weiterhin eine gegenüber Rindviehdung Flüssigkeit in einer Anlage zur chemischen Behänd- dreifache Menge an Phosphat aufweist.
lung zusammengegeben werden und die Mischung Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Kloakenauf diese Weise alkalisch gemacht und die Phosphate 55 wasserreinigung besteht darin, daß die Phosphate und Hydroxyde ausgefällt werden. aus dem Kloakenwasser entfernt werden und nutzbar

In diesem Falle wird also gereinigtes alkalisches gemacht werden können, wobei das Kloakenwasser Kloakenwasser vom Kathodenraum einer Elektroly- sowohl gereinigt als auch desinfiziert wird. Weiterhin sieranlage mit unbehandeltem Kloakenwasser in ist hervorzuheben, daß der Schlamm des Kloakeneiner chemischen Anlage mit Kalk zusammenge- 60 wassers in bemerkenswert rascher Weise durch Adbracht. Die Mengen werden dann so abgestimmt, sorption an Mg(OH)₂ ausgefällt und die Flotation daß der pH-Wert der Mischung über 9,5 liegt. mittels Wasserstoff oder einzublasender Luft vorge-

Bei Anwendung der Kombination der chemischen nommen wird. Untersuchungen haben gezeigt, daß

und elektrolytischen Reinigung kann eine Verminde- es nicht nötig ist, das Kloakenwasser in den Elektrorung des Energieaufwandes erreicht werden. Aber 65 lysierzellen langer als 25 bis 30 Minuten verweilen

selbst bei einem verminderten Energieaufwand ist zu lassen. Dies ist von beträchtlichem Vorteil, denn

genügend Chlor zur Desinfektion des gereinigten die erforderliche Zeit für die biologische Reinigung

Kloakenwassers zugegen. in üblichen Anlagen liegt zwischen 5 und 10 Stunden.

Eine Anlage nach der Erfindung ist in bezug auf ihre Einrichtungskosten verhältnismäßig billig. In der Praxis wird man die Anordnung einer Mehrzahl getrennter Zellen in einem gemeinsamen Behälter bevorzugen.

Wenn die Gesamtmenge an Alkali für die Ausfällung durch Elektrolyse des Kloakenwassers erzeugt wird, kann ein Amperestundenverbrauch von 200 bis 300 Ah/cbm Kloakenwasser angenommen werden. Bei Kombination der chemischen Ausfällung unter Zusatz von Soda oder Kalk kann der Amperestundenverbrauch auf Werte zwischen 50 und 200 Ah vermindert werden. Auch ist es von Vorteil, die benötigte Menge Magnesium in Form von Dolomit, vorzugsweise gebranntem Dolomit, zuzugeben. Auf diese Weise erfolgt gleichzeitig eine Zugabe von Kalk.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrochemischen Reinigung eines von den gröbsten Verunreinigungen befreiten Kloakenwasser in Gegenwart von dem Kloakenwasser zugesetzten Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kloakenwasser Meerwasser oder eine andere Magnesiumionen enthaltende Flüssigkeit zugegeben wird und dann das Gemisch aus Kloakenwasser und Meerwasser bzw. Magnesium enthaltender Flüssigkeit im Kathodenraum einer mit einem Diaphragma ausgerüsteten Elektrolysezelle so weit alkalisch gemacht wird, daß die Ausfällung des Phosphatgehaltes des Kloakenwassers als MgNH₄PO₄ erfolgt, und daß durch den Anodenraum entweder Meerwasser oder vom Kathodenraum kommendes Kloakenwasser geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Kloakenwasser, Meerwasser bzw. Magnesiumionen enthaltender Flüssigkeit mit einer solchen Menge alkalisch reagierender Stoffe, die zur Fällung von MgNH₄PO₄ nicht ausreicht, der Elektrolyse unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem durch den Anodenraum Meerwasser geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kathodenraum der Elektrolysezelle behandelte Kloakenwasser mit dem chlorhaltigem Anolyten gemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Kloakenwasser aus dem Kathodenraum einer Elektrolysieranlage und Alkali zu einem Gemisch von rohem Kloakenwasser und Meerwasser bzw. Magnesiumionen enthaltender Flüssigkeit in einer Anlage zur chemischen Behandlung zusammengegeben werden und die Mischung auf diese Weise alkalisch gemacht und die Phosphate und Hydroxyde ausgefällt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch auf einen pH-Wert von über 9,5 eingestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 435 570, 661117,

360;

»Handbuch der Lebensmittelchemie«, Bd. 8.

Teil 1, Berlin, 1939, Verlag von Julius Springer,

S. 366 bis 370;

»Sewage and Industrial Wastes«, Vol. 26, 1954,

Heft 3, S. 261 bis 275.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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