DE2531850A1

DE2531850A1 - Elektrolysezelle fuer die behandlung von wasser

Info

Publication number: DE2531850A1
Application number: DE19752531850
Authority: DE
Inventors: Jorge Dr Miller
Original assignee: Hans Einhell GmbH Industriegelande
Current assignee: Einhell Germany AG
Priority date: 1975-07-16
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1977-01-20
Also published as: BE844038A; US4048030A

Description

FATiKTANWAlT 253 1350

MÜNCHEN 22 ■ THIERSCHSTRASSE 8 · TELEFON (0811) 295562 · TELEGRAMME: HARPAT MÖNCHEN

Anmelder: Dr. Jorge Miller

8341 Nöham 156

Elektrolysezelle für die Behandlung von Wasser

Die Erfindung betrifft eine neuartige Elektrolysezelle für die Behandlung von V/asser, insbesondere für die Reinigung von 7/asser; sie betrifft insbesondere eine mehrpolige Elektrolysezelle, die auf die verschiedenste Art und Weise für die Behandlung, insbesondere die Reinigung von Wasser verwendet werden kann und aus einem geschlossenen Behälter mit einer unteren Eintritt soff nung und einer obex*en Austrittsöffnung für das Wasser und mindestens zwei Elektroden, die mit dem positiven und dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden werden können, besteht.

Es sind bereits die verschiedensten elektrolytischen Verfahren zur Behandlung, insbesondere zur Reinigung von Wasser, speziell zur Aufbereitung von Trinkwasser, bekannt. Mit diesen bekannten Verfahren ist es möglich, die in dem zu behandelnden csv;. zu reinigenden V/asser enthaltenen gelösten und suspendierten Fremstoffe auf elektrolytischem Wege zu entfernen. Dies v;ird in der Regel unter Verwendung einer Elektrolyseselle in der V/eise durchgeführt, daß dem Wasser mittels sich verzehrender Aluminium- oder Eisenelektroden Aluminium- bzw.

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Eisenionen zugeführt werden, die unter den Elektrolysebedingungen Aluminiumhydroxid bzv/. Eisenhydroxid bilden, das in Form von Flocken ausfällt und die im Wasser vorhandenen Fremdstoffe durch Adsorption oder Einschluß mitreißt. Auf diese V/eise ist es nicht nur möglich, die in verunreinigtem Wasser enthaltenen Feststoffe zu entfernen, sondern es können damit auch gelöste Fremdstoffe und eine gegebenenfalls, vorhandene Färbung beseitigt werden.

Zur Abtötung von gegebenenfalls in dem verunreinigten Wasser enthaltenen Mikroorganismen können dem Wasser Silber- oder Kupferionen unter Verwendung von sich verzehrenden Silber- oder Kupferelektroden zugesetzt werden, um dadurch eine Abtötung der unerwünschten Keime zu bewirken. Es ist auch möglich, das Wasser für private und öffentliche Schwimmbäder, insbesondere das Tinkwasser, dadurch zu entkeimen, daß man keimtötende Ghemikalien zusetzt oder innerhalb des zu desinfizierenden Wassers auf elektrolytischem Wege elementares Chlor oder Ozon bzw. Perverbindungen erzeugt.

Allen vorstehend geschilderten Verfahren zur Reinigung und Desinfektion von Wasser, insbesondere von Trinkwasser, ist jedoch gemeinsam, daß sie sowohl in apparativer als auch in ökonomischer Hinsicht sehr aufwendig, d.h. kostspielig und außerordentlich störanfällig sind. So tritt beispielsweise bei Verwendung von sich verzehrenden Aluminium-, Eisen-, Kupfer- oder Silberelektroden zur Einführung von Aluminium-, Eisen-, Kupfer- bzw. Silberionen in das zu behandelnde V/asser der Nachteil auf, daß die dafür verwendeten Metallelektroden schon nach wenigen Betriebsstunden gereinigt oder gar ausgetauscht werden müssen, weil sich auf ihrer Oberfläche während der Elektrolyse ein zusammenhängender Oxidfilm (Oxidkruste) bildet, der die weitere elektrolytische Behandlung des Wassers stört. So isoliert beispielsweise der bei Verwendung einer

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Aluminiumanode entstehende Aluminiumoxidfilm die Oberfläche der Anode gegenüber der Umgebung, so daß zunehmend höhere Elektrolysespännungen erforderlich sind, die zur Bildung von zunehmend mehr Sauerstoff anstelle von Aluminiumionen führen. Bei Verwendung einer Eisenanode entsteht ebenfalls innerhalb weniger Stunden ein Eisenoxidfilmüberzug, der zwar ein verhältnismäßig guter elektrischer Leiter ist, die weitere Elektrolyse spielt sich jedoch dann zunehmend an der Eisenoxidfilmoberfläche ab unter Bildung von zunehmend mehr Sauerstoff anstelle von Eisenionen. Bei Verwendung einer Kupfer- bzw. Silberanode entsteht ebenfalls ein unerwünschter Oxidfilmüberzug, der die Bildung von Kupfer- bzw. Silberionen während der Elektio lyse verhindert.

Außer den oben genannten Schwierigkeiten treten bei den bisher verwendeten Elektrolysezellen die zusätzlichen Nachteile auf, daß die Elektroden, die in der Regel parallel zueinander angeordnet sind, völlig unregelmäßig verbraucht bzw. abgenutzt v/erden, wodurch der Betrieb der Elektrolysezelle gestört wird, schon lange bevor die Elektroden vollständig verbraucht sind. Außerdem tritt bei den bekannten Elektrolysezellen eine unerwünschte Korrosion insbesondere an den Stel len auf, an denen die Elektroden befestigt bzw. mit der äußeren Stromquelle elektris verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Elektrolysezelle anzugeben, bei der die vorstehend geschilderten Nachteile nicht auftreten und mit deren Hilfe es möglich ist, veriuireinigtes Wasser auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise kontinuierlich und störungsfrei auf elektrolytischem ?/ege zu behandeln, d.h. zu reinigen, zu entkalken und zu desinfizieren.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß in einer Elektrolysezelle, die mit einer unteren

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Öffnung für die Zufuhr und mit einer oberen Öffnung für den ^Auslaß des zu behandelnden V/assers versehen ist, die Elektroden radial zum Zentrum der Elektrode angeordnet werden, daß die Elektroden über durch Punktschweißung, Silberhartlötung oder Nietung angebrachte Titanstreifen oder durch Titanfederdruekkontakte mit der äußeren Stromquelle verbunden werden und daß in den Innenraum der Elektrolysezelle Teilchen eingebracht werden, deren Dichte höher ist diejenige von V/ascer und die durch das einströmende Wasser aufgewirbelt werden unter Bildung einer Wirbelschicht bzw. eines Wirbelbettes, das durch Aufprall und Reibung der einzelnen Teilchen an den Elektroden einerseits eine mechanische Reinigung der Elektroden bewirkt, andererseits die elektrische Leitfähigkeit des zu behandelnden Wassers verbessert, insbesondere dann, wenn es sich dabei um poröse Teilchen, vorzugsweise kugelförmige Teilchen, handelt, deren Poren mindestens z.T. durch ein Ionenauntauscherharz gefüllt sind.

Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrolysezelle für die Behandlung von- Wasser, die aus einem geschlossenen Behälter mit einer unteren Eintrittsöffnung und einer oberen Austrittsöffnung für das Wasser und mindestens zwei Elektroden, die mit dem positiven und dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden werden können, besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß sich im Innern der Elektrolysezelle Teilchen befinden, deren Dichte höher ist als diejenige von V/asser und die durch vor der unteren Wassereintrittsöffnung und der oberen Wasseraus tr it tsöffnung angeordnete Siebgitter, deren Gitteröffnungen kleiner sind als die Durchmesser der im Innern der Elektrolysezelle befindlichen Teilchen, am Austritt aus der Elektrolysezelle gehindert werden.

Mit Hilfe der den Gegenstand der Erfindung bildenden Elektrolysezelle ist es möglich, die normalerweise in Wasserbehandlungsbzw. Wasserreinigungssystemen durchgeführten Verfahren, bei-

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spielsweise die Einführung eines Ausflockungsmittels in das Y/asser zum Adsorbieren und Koagulieren aller darin suspendierten und gelösten Verunreinigungen, die Oxydation des Wassers zur Zerstörung von gelösten und suspendierten organischen und anorganischen Reduktionsmitteln, die Desinfizierung bzw. Sterilisierung von Wasser durch Einleitung bzw. Erzeugung von Chlor, Silberionen (Kupferionen) und naszierendem Sauerstoff (Perverbindungen) sowie die Herabsetzung der Wasserhärte, insbesondere der temporären Härte (Kalkhärte)^bis auf jeden beliebigen Härtegrad, auf technisch einfache, wirtschaftliche und dennoch außerordentlich v/irksame Weise durchzuführen.

Die den Gegen stand der Erfindung bildende Elektrolysezelle hat vorzugsweise einen symmetrischen Aufbau und besteht aus einem zylindrischen, rohrförmigen Behälter, dessen obere und untere öffnung durch passende, konische Deckel flüssigkeitsdicht verschlossen sind, die jeweils in ihrer Mitte . mit einem Anschluß für ein Wasserzuführungs- bzw. Wasserabführungsrohr versehen sind 'und auf deren einander gegenüberlief enden Seiten je ein Sieb vorgesehen ist. Im Zentrum dieser Zelle befindet sich ein massives oder gitterförmiges Rohr, dessen Länge dem. Abstand zwischen den beiden Sieben entspricht, wobei zwischen dem rohrförmigen Behälter und seinem oberen Deckel bzw. seinem unteren Deckel Dichtungen vorgesehen sind. Zwischen dem oberen Deckel und dem rohrförmigen Behälter oder zwischen dem unteren Deckel und dem rohrförmigen Behälter oder zv/ischen beiden befindeb sich außerdem noch ein in Dichtungen eingelagerter Kontaktring mit eingespritzten Kontakten oder i^ederdruckkontakten vorzugsweise Titanfederdruckkontakten, mit deren Hilfe es möglich ist, die elektrische Verbindung zwischen den im Innern der Zelle angeordneten -Elektroden und der äußeren Gleichstromquelle herzustellen. Zur Festlegung des Abstandes zv/ischen den beiden Gittern kann der rohrförmige Behälter auf seiner Innenwand auch entsprechende Markierungen aufweisen.

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Das im Zentrum der Elektrolysezelle angeordnete Rohr kann an seinem oberen und unteren Ende verschlossen oder offen sein und es kann leer sein oder eine zentral angeordnete rohrförmige Elektrode aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Elektrolysezelle in ihrem Zentrum eine rohrförmige positive Elektrode (Anode) auf, die in Längsrichtung nach innen geöffnet (vorzugsweise geschlitzt) sein kann, um die Abführung der entstehenden Gase zu erleichtern. Diese rohrförmige positive Elektrode ist vorziigsweise von einer porösen Membran, die aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus irgendeinem geeigneten Kunststoff, einem Textilgewebe, einem Glasfasergewebe oder dgl. bestehen kann, und von einem Gitterrohr umgeben, das ebenfalls aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie Kunststoff oder Glas, Keramik und dgl., bestehen kann. Durch dieses Gitterrohr wird die Elektrolysezelle in ein Anodenabteil mit der darin befindlichen rohrförmigen positiven Elektrode und in ein Kathodenabteil mit den darin befindlichen radial angeordneten Elektroden (die ihrerseits positiv oder negativ geschaltet sein können) unterteilt. Das Anodenabteil kann an seinem oberen Ende oder an beiden Enden mit einer Öffnung mit variabler Größe versehen sein. Anstelle des Gitterrohres kann auch ein undurchlässiges Kunststoffrohr vorgesehen sein, in dem sich keine Elektrode befindet und das oben und unten geöffnet oder geschlossen sein kann.

Die in dem Kathodenabteil der Elektrolysezelle in radialer Richtung (bezogen auf das Zentrum der Elektrolysezelle) angeordneten Elektroden haben vorzugsweise die Form von dünnen, rechteckigen Platten, die zwischen den beiden Gittern unterhalb der die Elektrolysezelle verschließenden beiden konischen Deckel eingeschoben sind und aus Aluminium, Eisen, Kupfer, Silber, Platin oder Tantal bestehen können. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß unter den hier verwendeten Ausdrücken "Platinelektrode" und "Tantalelektrode" nicht

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mir Elektroden zu verstehen sind, die aus massivem Platin bzw. massivem Tantal bestehen, sondern auch solche, die aus platiniertem Titan bzw. tantaliertem Titan bestehen. Die im Zenbxⁱum der Zelle angeordnete rchrförmige positive Elektrode, die stets als Anode geschaltet ist, besteht immer aus Platin platiniertem '^itan oder Tantal bzw. tantaliertem ^IJ-'itan.

V'enn die radialen äußeren Elektroden atm !.latin oder Titan bestehen, können sie gewünschtenfails gegen den Aufprall der in der Elektrolysezelle befindlichen Teilchen mit einer porösen IJembran aus dem gleichen Material wie die im Zentrum angeordnete Llembran, die die -^node umgibt, mechanisch geschützt werden.

Das Gehäuse der Elektrolysezelle kann jede beliebige Form haben, vorzugsweise ist es rohrförmig und es besteht aus einem elektrischen Nichtleiter, vorzugsweise aus Kunststoff, Glas, Keramik oder irgendeinem anderen geeigneten Material.Das Gehäuse ist vorzugsweise transparent, so daß die darin aufgewirbelten Teilchen und der Zustand der Elektroden während des Ablaufs der Elektrolyse kontrolliert werden können. Auch der Kontaktring zwischen dem Gehäuse der Elektrolysenzelle und dem oberen oder dem unteren Deckel, in den die Kontakte oder Federkontakte, die vorzugsweise aus Titan bestehen, direkt eingespritzt sein können, kann ebenfalls transparent aein, um. die im Innern der Elektrolysezelle aufgewirbelten Teilchen und den Zustand der Elektroden laufend überwachen zu können.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die im Kathodenabteil der Elektrolysezelle befindlichen Elektroden dank der erfindungsgenäßen Anordnung durch ständige Umpolung der Elektroden (Wechsel ihrer Polarität) in Zeitabständen von mindestens 40 Sekunden bis zu .mehreren Stunden ganz regelmäßig abgenutzt v/erden, wobei ihr vollständiger Verbrauch nicht nur durch visuelle Betrachtung, sondern auch durch einen abrupten Anstieg der Elektrolysespannung angezeigt wird, der gewünsehten-

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falls nit einem entsprechenden optischen oder akustischen Signal kombiniert v/erden kann, wodurch dem Bedienungspersonal angezeigt wird, daß die Elektroden erneuert werden müssen.

Der Innenraum der Elektrolysezelle ist vorzugsweise zu 1/3 "bis 3/4-, insbesondere zur Hälfte mit Teilchen, die eine beliebige Form haben können, vorzugsweise aber kugelförmig oder fast kugelförmig sind, gefüllt, deren Größe zwischen 0,5 und 10 mm variieren kann und deren Dichte größer ist als die Dichte von V/asser, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 1,1 bis 4,0 g/cm^ liegt. Die Menge der im Innern der Elektrolysezelle enthaltenen Teilchen kann auch außerhalb des oben angegebenen Bereiches liegen.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Teilchen, vorzugsweise Kügelchen, handelt es sich um beliebige Teilchen, deren Größe und Dichte innerhalb der oben angegebenen Bereiche variieren kann und die vorzugsweise aus Glas, Al^O^, Keramik, insbesondere Porzellan, Kunststoff oder aus einem Ionenaustauscherharz bestehen. Die Teilchen bzw. Kugeln sind vorzugsweise porös und sie haben eine Porosität von vorzugsweise 10 bis 30 %, wobei die Poren der porösen Teilchen leer oder teilweise oder vollständig durch ein Ionenaustauscherharz gefüllt sein können.

Die im Innern der Elektrolysezelle befindlichen Teilchen werd.en durch den mit einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit zugeführten Wasserstrom aufgewirbelt unter Bildung einer Wirbelschicht bzw. eines Wirbelbettes, die (das) aufrechterhalten wird, so lange das Wasser mit einer dafür ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird. Die Größe und die Dichte der Kugeln werden so aufeinander abgestimmt, daß eine ausreichende Aufwirbelung erzielt wird. Infolge der ihnen dadurch vermittelten kinetischen Energie prallen die Teilchen auf die Ober

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fläche der radialen äußeren Elektroden auf oder reiben an ihnen und bewirken dadurch deren Reinhaltung auf mechanischem Y/ege während der Durchführung der Elektrolyse» Um Beschädigungen durch die aufprallenden Kugeln bei Verwendung von empfindlichen Platin- oder Tantalelektroden zu verhindern, ist es zweckmäßig, diese mit einer porösen Membran zu schützen. Um zu verhindern, daß die aufgewirbelten Teilchen aus der Elektrolysezelle entweichen, sind vor der unteren Eintrittsöffnung und vor der oberen Austrittsöffnung für das zu behandelnde Wasser ^iebgitter vorgesehen, deren Sieböffnung geringer ist als der Durchmesser der im Innern der Elektrolysezelle befindlichen Teilchen bzw. Kugeln. V/enn im Zentrum der Elektrolysezelle eine rohrförmige, positive Elektrode angeordnet ist, kann diese, wie oh en erwähnt, ej-^ii^-ills durch ein Gitterrohr gegen den mechanischen Aufprall der Teilchen geschützt werden.

Als Ionenaustauscherharze, welche die Poren der im Innern der Elektrolysezelle befindlichen Teilchen, vorzugsweise Kugeln, teilweise oder vollständig ausfüllen oder selbst die Teilchen bilden können,· können beliebige Ionenaustauscherharze, vorzugsweise stark saure sulfonierte Polystyrole (-z.B. Amber lite, Permutit RS-9O GG-) oder stark basische Polystyrole vom Trimethylbenzylammonium-Typ (z.B. Dov/ex, AmberIxte und dgl.)^verwendet werden. Geeignete Ionenaustauscherharze sind beispielsweise in "Chemical Engineers¹ Handbook", J.H. Perry, 4. Auflage, 1960, Seite 16-6 bis 16-7, insbesondere Tabelle 16.3, beschrieben.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle kann zur Behandlung von Wasser, insbesondere zur Reinigung und Desinfektion von kleineren und größeren Schwimmbecken, zur Aufbereitung von Trinkwässer für Städte und Kleinabnehmer sowie für die Entkalkung von Wasser bis zu jedem beliebigen Härtegrad verwendet v/erden. Es können auch mehrere erfindungsgemäße Zellen unmittelbar hintereinandergeschaltet werden, wodurch es möglich ist, die

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vorstehend angegebenen Behandlungsverfahren gleichseitig durchzuführen· Eine solche kombinierte Elektrolyses-elle kann beispielsweise aus einem oben und unten mit einem konischen Deckel verschlossenen Rohr bestehen, in dem eine oder mehrere der erfindungsgeinäßen Elektrolysezellen in beliebigen* Reihenfolge "unmittelbar übereinander angeordnet sein können mit jeweils zwei Siebgittern dazwischen und mindestens einer Einrichtung für die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den ±m Innern angeordneten Elektroden und der äußeren Stromquelle. Das äußere Rohr kann auch <:u:roh Ringe unterbrochen sein, in welche die Kontakte oder Federdruckkont-ikUe eingespritzt sein können, so daß es möglich ist, den im Innern angeordneten Elektroden Strom durchzuführen. Außerdem kann zwischen den Siebgittern gewünschtenfalls jeweils ein Distanzrohr beliebiger Breite angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand bevo3?z\igter Ausführungsformen, wie sie in den Figuren 1 bis 5 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu-sein.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine allgemeine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsforin. der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle mit allen betriebstechnischen Details und

die -^ig. 3 bis 5 bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle in schematischer Form für die Entfernung von in Wasser gelösten und suspendierten Fremdstoffen, für die Desinfizierung von chloridhaltigem oder chloridfreiem Wasser unter Bildung von Chlor

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oder Perverbindungen bzw.für die teilweise oder vollständige Beseitigung der temporären Härte (Kalkhärte) aus V/asser in der angegebenen Reihenfolge.

Die -Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle, bestehend aus dem Behälter 1 mit einer unteren Einlaßöffnung 2 für das zugeführte Wasser und einer oberen"Auslaßöffnung 5 für das abgeführte Wasser, wobei sich vor beiden Öffnungen jeweils ein Gitter 7 bzw. 3 befindet, v/elches die im Innern der Zelle befindlichen Teilchen 6 daran hindei't, aus der Elektrolysezelle auszutreten. Im Innern der Elektrolysezelle sind außer den genannten Teilchen 6 noch mindestens zwei Elektroden 4-, 5 angeordnet, die mit dem positiven und negativen Pol einer äußeren Gleichstromquelle verbunden werden können. Die im Innern der Zelle befindlichen Teilchen 6 werden durch das durch die öffnung 2 einströmende V/assor aufgewirbelt und im Schwebezustand gehalten unter Bildung eines V/irbelbettes bzw. einer Wirbelschicht, so lange das Wasser mit einer ausreichenden Geschwindigkeit durch die Zelle hindurch strömt.

Die S¹Xg. 2 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in ihver technischen Anis gestaltung, wobei ein zylindrischer Behälter 1' . oben und unten mit je einem Jiogi-sohen Deckel 9; 10, vorzugsweise durch SchraiiUbolzenver /hl id Zih d b

verschlossen wird. Zwischen dem oberen und dem unteren Deckel und dom rohrförmigen Behälter befindet sich jeweils ein 3iebgitter7', 8¹, das zv/isehen Dichtungen 13 eingebettet ist. Die beiden ^iebgitter sind im Zentrum durch ein massives oder gitterförmiges Rohr 11 miteinander verbunden, welches den Abstand zwischen den beiden Gittern festlegt, in welche die radialen äußeren Elektroden 4-¹ in der dargestellten Weise eingeschoben v/erden können. Das im Innern der Elektrolysezelle befindliche massive oder gitterförmige Rohr 11 kann leer sein oder darin kann sich eine vorzugsweise nach innen geöffnete

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rohrförmige Elektrode (Anade) 5¹ befinden, die vorzugsweise von einer porösen Membran/umgeben ist. Zwischen dem oberen konischen Deckel 9 und dem rohrförmigen Behälter 1' oder zwischen dem unteren konischen Deckel 10 und dem rohrförmigen Behälter 1^f kann ein Kontaktring 14 angeordnet sein, in den die vorzugsweise aus Titan bestehenden Kontakte bzw. Federdruckkontakte/direkt eingespritzt sind, mit deren Hilfe es möglich ist, eine elektrische Verbindung zwischen den im Innern befindlichen Elektroden und der äußeren Stromquelle herzustellen.

In der Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen ist eine Ausgestaltung der Elektrolysezelle der Erfindung dargestellt, die sich für die Ausflockung von in dem zu behandelnden Wasser gelösten oder suspendierten Verunreinigungen oder/und für die Desinfizierung des zu reinigenden Wassers mittels Silberionen (oder Kupferionen) eignet.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind in der Elektrolysezelle nur radiale äußere Elektroden 4-¹ vorgesehen, die aus Aluminium oder Eisen bzw. Silber (Kupfer) bestehen. Im Zentrum der Elektrolysezelle 1' ist ein an beiden -^nden offenes oder verschlossenes leeres Kunststoffrohr 11' vorgesehen, das als Distanzrohr fungiert. Die Elektroden 4·¹ brauchen nicht alle aus dem gleichen Material zu bestehen. So ist es beispielsweise möglich, neben Aluminium- oder Eisenelektroden gleichzeitig eine oder mehrere Silberelektroden (oder Kupferelektroden) zu verwenden, um neben'der Ausflockung der unerwünschten Verunreinigungen gleichzeitig eine Desinfizierung durch Einführung von Silberionen (oder Kupferionen) in das Wasser zu bewirken· Die Elektroden, deren Anzahl vorzugsweise 2 bis 16 betragen kann, können parallel oder in Serie geschaltet werden. Vorzugsweise werden sie in der in Fig. 3 dargestellten Weise geschaltet. Um eine gleichmäßige Abnutzung der Elektroden zu erzielen, werden sie innerhalb der Zelle in regelmäßigen Ab-

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ständen, vorzugsweise alle 40 Sek. bis zu mehreren Stunden,umgepot. Diese Umpolung ist jedoch nicht; unbedingt erforderlich.

Die in der Fig. 3 dargestellte Ausflockungs- bzw. Silberzelle arbeitet in der Weise, daß das durch die Öffnung 2¹ mit einer ausreichenden Geschwindigkeit einströmende Wasser an den radial angeordneten Elektroden 4¹ vorbeiströmt, wobei es die innerhalb der Elektrolysezelle 1' angeordneten Teilchen 6 aufwirbelt, und danach die Elektrolysezelle durch 3' .vieder verläßt. Während des Durchströmens durch die Elektrolysezelle 1' v/erden die Elektroden 4·', wenn sie aus Aluminium oder Eisen bestehen, unter den Elektrolysebedingungen verzehrt, wobei sie Aluminiumionen bzxv. ^isenionen an das durchströmende Wasser abgeben, die zur -Ausfällung von Aluminiumhydroxid bzw. Eisenhydroxid führen, welches die unterwünschten gelösten oder suspendierten Verunreinigungen durch Adsorption und/oder Einschluß mitreißt.

Die aus Silber bestehenden Elektroden 4-' werden unter diesen Bedingungen verzehrt unter Bildung von SiIberionen, welche die in dem durchströmenden V/asser enthaltenden Mikroorganismen abtöten.

Bei der in ^ig. 4- dargestellten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine Zelle, die für die Chlorierung oder Peroxydierung des zu behandelnden Wassers geeignet ist. In diesem Falle können die äußeren radialen Elektroden 4-¹ aus AIuminium, Eisen, Platin oder Tantal bestehen. Im Zentrum der Elektrolysezelle befindet sich' eine rohrförmige, in Längsrichtung nach innen geöffnete, vorzugsweise in Längsrichtung aufgeschlitzte positive Elektrode/aus Platin oder Tantal, die von einer porösen Kunststoffmembran 12 und einem Gitterrohr konzentrisch umgeben ist. Das Gitterrohr kann aus Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, Glas, Keramik oder irgendeinem anderen geeigneten, elektrisch isolierenden Material,

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beispielsweise Porzellan, bestehen. Es dient nicht nur als Schutz gegen den Aufprall der in dem Kathodenabteil aufgewirbelten Teilchen, sondern auch als Distanzhalter und es begrenzt das Anodenabteil der Elektrolysezelle.

Die die rohrförmige positive Elektrode (Anode) 5' umgebende Membran 12 kann aus irgendeinem geeigneten, elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Cellophan, Polyvinylchlorid oder irgendeinem anderen mikroporösen Material, wie es üblicherweise bei der Dialyse verwendet wird, bestehen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen bekannten Cellophan-Dialysierschlauch, wie er für die Züchtung von Bakterien verwendet wird.

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Das von dem Gitterrohr/begrenzte Anodenabteil der Elektrolysezelle weist oben eine Öffnung 13 mit variablem Durchmesser auf, durch welche das darin entstehende Gas entweichen kann.

Wenn sowohl die zentrale innere rohrförmige positive Elektrode 5' (Anode) als auch die äußeren radialen Elektroden 4' aus Platin oder Tantal bestehen, kann eine ausreichende Wirkung durch kurzzeitige Umpolung in regelmäßigen Abständen der radialen äußeren Elektroden/erzielt werden und in diesem Falle können die Teilchen 6 innerhalb der Elektrolysezelle 1' weggelassen werden, obgleich es auch in diesem Falle vorteilhaft ist, innerhalb der Elektrolysezelle Teilchen 6 vorzusehen, weil diese, wie oben erwähnt, auch die elektrische Leitfähigkeit des zu behandelnden V/assers verbessern.

Die in der Fig. 4 dargestellte Elektrolysezelle arbeitet in der Weise, daß das mit einer ausreichenden Geschwindigkeit durch die Öffnung 2' zugeführte Wasser an den im Kathodenabteil angeordneten Elektroden 4' vorbeistreicht, wobei es die darin enthaltenen Teilchen 6 aufwirbelt, und danach die Zelle durch die Öffnung J¹ wieder verläßt. Die in dem zu

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"behandelnden V/asser normalerweise vorhandenen Chloridionen (in der Regel 5 bis 40 ppm) v/andern durch das die poröse Membran zu der positiven Elektrode (Anode) 5' iß aiodenahteil und reichern sich darin bei entsprechender Verkleinerung der oberen Öffnung 13 in dem Anodenabteil so stark an, daß es zur Bildung von elementarem Chlor kommt, welches das zu behandelnde Wasser in dem Anodenabteil und dem Haupt strom aus dem Kathodena'bteil nach der Vereinigung mit dem Strom aus dem Anodenabteil desinfiziert. Wenn das zu behandelnde 7/asser keine oder weniger als 3 ppm ^hloridionen enthält, entsteht in dem Anodenabteil anstelle von elementarem Chlor naszierender Sauerstoff, der zusammen mit den vorhandenen übrigen Ionen und Molekülen reagiert unter Bildung von Perverbindungen (beispielsweise von Percarbonaten, Persulfaten, Wasserstoffperoxid und dgl.)» die ebenfalls ein außerordentlich wirksames Desinfektionsmittel für das zu behandelnde Wasser (und ein wirksames Oxidationsmittel für eventuell darin vorhandenes organisches Material) darstellen.

V/enn die in dem Kathodenabteil angeordneten Elektroden 4· aus Eiser oder Aluminium bestehen, spielen sich darin die weiter oben in bezug auf die ^ig. 3 beschriebenen Vorgänge ab.

Die in der Fig. 5 dargestellte Entkalkungszelle hat im Prinzip den gleichen Aufbau wie die in Fig. 4 dargestellte Ghlorierungszelle, sie unterscheidet sich davon lediglich dadurch, daß das im Zentrum befindliche Anodenabteil an beiden Seiten jeweils

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eine Öffnung aufweist, wobei beide Öffnungen gleich oder verschie den groß sind und einen variablen Durchmesser aufweisen können. Durch entsprechende Abstimmung der beiden öffnungen 13,14 aufeinander kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers innerhalb des Anodenabteils auf- den gewünschten Wert eingestellt werden. Ein weiterer Unterschied zu der in Fig. 4 dargestellten'ChIorierungszelle besteht darin, daß der das Anodenabteil verlassende Y/asserstrom 3" getrennt von dem das Kathodenabteil ver-

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lassenden Wasserstrom 3¹ abgeführt wird. Beide Ströme werden erst zu einem späteren Zeitpunkt miteinander vereinigt, nachdem der in dem Käthodenwasserstrom ausgefallende Kalk abfiltriort worden ist.

Die in dieser Elektrolysezelle verwendeten äußeren radialen Elektroden M-¹ können aus Kupfer, Aluminium, ^isen, Platin, oder Tantal bestehen. Die rohrförmige zentrale Innenelektrode (Anode 5') besteht aus Platin oder Tantal.

Diese Zelle arbeitet in der Weise, daß das durch die Öffnung zugeführte Wasser nach dem Durchströmen des Anodenabteils und des Kathodenabteils der Elektrolysezelle 1 · , wobei der durch das Kathodenabteil fließende Teilstrom des V/assers die darin enthaltenen Teilchen/aufwirbelt, in ^'orm von zwei getrennten Strömen 3¹» 3" die Zelle wieder verläßt.

In dem Kathodenabteil herrscht ein pH-Wert von etwa 10 bis etwa 11, der bewirkt, daß die darin enthaltenen Precidstoffe, wie z.B. Calciumcarbonat (die temporäre Härte) durch Ausfällung entfernt werden.

In dem Anodenabteil kann durch geeignete Einstellung der Öffnungen 13»14 die Wasserdurchflußgeschwindigkeit so verringert werden, daß die in dem Wasser enthaltenen Chloridionen sich darin anreichern bis zur Entstehung von elementarem Chlor bzw. bis zur Entstehung von naszierendem Wasserstoff, falls keine Chloridionen oder nur weniger als 3 ppm Chloridionen in dem zu behandelnden Wasser enthalten sind.

Nachdem aus dem das Kathodenabteil verlassenden Wasserstroiu 3· die darin enthaltenen Niederschläge durch entsprechende Filter entfernt worden sind, kann er mit dem das Anodenabteil verlassenden Wasserstrom 3"wiedervereiigt werden unter Bildung von gereinigtem Wasser mit dem gewünschten pH-Wert. Durch Einstel-

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lung entsprechender Mischungsverhältnisse kann die Entkalkung bis zu jedem beliebigen Härtegrad durchgeführt v/erden.

Die Erfindung wurde zv/ar vorstehend unter Bezugnahme auf bevox'zugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Hahraen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

In den beiliegenden Zeichnungen sind gleiche bzw. sich entsprechende Teile durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet.

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Claims

Patentansprüche

(i) Elektrolysezelle für die Behandlung von Wasser, bestehend aus einem geschlossenen Behälter mit einer unteren Eintrittsöffnung und einer oberen Austrittsoffnung für das Wasser und mindestens zwei Elektroden, die mit dem positiven und dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden

sein können, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Innern der Elektrolysezelle (1) Teilchen (6) befinden, deren Dichte höher ist als diejenige von Wasser und die durch vor der unteren Wassereintrittsöffnung (2) und der oberen Y/asseraustrittsöffnung (3) angeordnete Siebgitter (7, 8), deren Gitteröffnungen kleiner sind als die Durchmesser der im Innern der Elektrolysezelle befindlichen Teilchen (6), am Austritt aus der Elektrolysezelle (1) gehindert werden.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen symmetrischen Aufbau hat und aus einem zylindrischen, rohrförmigen Behälter (1') besteht, dessen beide Öffnungen durch passende, konische Deckel (9, 10) flüssigkeitsdicht verschlossen sind, die jeweils in ihrer Mitte mit einem Anschluß (2¹, 3') für ein Wasserzuführungs- bzw. Wasserabführungsrohr versehen sind und auf deren einander gegenüberliegenden Seiten je ein Sieb (?', 8') vorgesehen ist, in deren Zentrum ein massives oder gitterförmiges Rohr (11), dessen Länge demAbstand zwischen den beiden Sieben entspricht, angeordnet ist, wobei sich zwischen dem rohrförmigen Behälter (1') und dem oberen und unteren Deckel (9, 10) Dichtungen (13) und mindestens ein Kontakt ring (14·) mit eingespritzten Kontakten oder Federdruckkontakten (14-a) befinden und der rohrCöririf Behälter (1') gegebenenfalls Markierungen zur Festlegung des Abstandes zwischen den beiden Sieben (?', 8¹) aufweisen kann.

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3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere radial angeordnete Elektrodenplatten (4·) aufweist.

4-, Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (V) an ihrem radial äußeren Ende über schmale, durch Punktschweißung , Silberhartlötaing oder Nietung daran "befestigte Titanstreifen oder Titanfederdruckkontakte, die durch einen Kontaktring (14) hindurch nach außen geführt werden, mit der äußeren Stromquelle verbunden sind.

5. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4',5')aus AIv minium, Eisen, Kupfer, Silber, Platin oder Tantal bestehen.

6. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ihr Innenraum zu 1/3 bis 3/4-j vorzugsweise zu 1/2 mit Teilchen gefüllt ist.

7. Elektrolysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß die Teilchen (6) kugelförmig oder nahezu kugelförmig sind und einen Durchmesser von etwa 0,5 "bis etwa Ί0 mm haben.

8. Elektrolysezelle nach Anspruch 6 und/oder 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen/eine Dichte von etwa 1,1 "bis etwa 4,0 g/cm'' haben.

9. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Teilchen (6) um Glaskugeln, Al₃O -Kugeln, Keramikkugeln (Porzellankugeln), Kunst st off kugeln odea? um Kugeln aus einem Ionenaustauscherharz handelt.

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ΊΟ. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen (6) eine Porosität von 10 bis 30 % aufweisen.

11. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der Teilchen (6) mit einem Ionenaustauscherharz gefüllt sind.

12. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Ionenaustauscherharz ein solches aus der Gruppe der stark sauren sulfonierten Polystyrole oder der stark basischen Polystyrole vom Trimethylbenzylammoniumtyp verwendet wird.

13. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die empfindlichen Elektroden, vorzugsweise die Platin- und Tantalelektroden, durch eine sie umgebende poröse Membran gegen die aufprallenden Teilchen (6) mechanisch geschützt sind.

14. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrem Zentrum angeordnete positive Elektrode (5¹) die Form eines Rohres hat, das außen von einer schlauchförmigen porösen Membran (12) und einem Gitterrohr (11) umgeben ist.

15. Elektrolysezelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das Gitterrohr (11) begrenzte Anodenabteil der Elektrolysezelle an einem oder beiden Enden eine Öffnung(i3,14 mit variabler Größe aufweist.

16. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 15 für die Entfernung von in Wasser gelösten und suspendierten Fremdstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die radial

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angeordneten Elektroden (4-¹) aus Aluminium, Eisen oder Kupfer bestehen und daß sie im Zentrum ein leeres Rohr aus einem elektrischen Nicht-Leiter (11') aufweist, dessen beide Enden offen oder geschlossen sind.

17. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 15 für die Desinfizierung von Wasser mittels Silberionen, gekennzeichnet durch den gleichen Aufbau wie die Elektrolysezelle nach Anspruch 16, wobei die radial angeordneten Elektroden (4·¹) jedoch aus Silber bestehen.

18. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 für die Desinfizierung von chloridhaltigem oder chloridfreiem Wasser durch Bildung von Chlor oder Perverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine im Zentrum angeordnete positive Platin- oder Tantalelektrode (5') aufweist, die von einer porösen Membran (12) und einem Gitterrohr (11) umgeben ist, wobei das durch das Gitterrohr (11) begrenzte Anodenabteil oben eine Öffnung (13) mit variabler Größe aufweist, und daß die radialen Elektroden (4·¹) aus Aluminium, Eisen, Kupfer, Platin oder Tantal bestehen.

19. Elektrolysezelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine Teilchen (6) enthält.

20. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche

1 bis 15 für die teilweise oder vollständige Beseitigung der temporären Härte (Kalkhärte) aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Elektroden (¹I-*) aus Kupfer, Eisen oder Aluminium bestehen, daß sie eine im Zentrum angeordnete rohrförmige Platin- oder Tantalelektrode (5¹) aufweist, die von einer porösen Membran (12) und einem Gitterrohr (11) konzentrisch umgeben ist, wobei das durch das Gitterrohr (11) begrenzte Anodenabteil der Elektrolysezelle an beiden Enden je eine

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öffnung mit variablem Durchmesser (13, 14) aufweist, und daß der Abstrom aus dem Kathodenabteil (3¹) und der Abstrom aus dem Anodenabteil (3"0 getrennt abgeführt werden·

21. Elektrolysezelle nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine Teilchen (6) enthält,

22. Elektrolysezelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesenblichen aus einem oben und unten mit einem konischen Deckel (9, 10) versehenen Rohr (1') besteht, in dem eine oder mehrere der Elektrolysezellen nach den Ansprüchen 16 bis 2 1 in beliebiger Reihenfolge unmittelbar übereinander angeordnet sind mit Jeweils zwei Siebgittern dazwischen und mindestens einer Einrichtung für die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den im Innern angeordneten Elektroden und der äußeren Stromquelle.

23. Elektrolysezelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere. Rohr (1' ) unterbrochen ist und die Rohrteile eingesetzte Ringe aufweisen, in welche Kontakte oder Federdruckkontakte eingespritzt sind, so daß es möglich ist, den im Innern angeordneten Elektroden Strom zuzuführen, und wobei jeweils zwischen zwei Siebgittern gegebenenfalls noch ein Distanzrohr angeordnet sein kann.

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