Chemisch-physikalische Abwasserbehandlung

Flockungsverfahren zur Entfernung feinster Partikel

Die Flockung schafft die Voraussetzungen dafür, dass auch feinste Partikel aus dem Wasser entfernt werden können, die in Suspension oder in Form von kolloidalen Lösungen vorliegen. Bei gleichen Oberflächenladungen beispielsweise können sich diese kleinsten Feststoffteilchen wegen der gegenseitigen elektrischen Abstoßung nicht zu größeren Agglomeraten zusammenfinden.

Mit Hilfe geeigneter Chemikalien, den sogenannten Flockungsmitteln und Flockungshilfsmitteln, kann die Zusammenballung solcher Partikel erreicht werden. Dabei entstehen Makroflocken, die sedimentieren. Die Flockung wird zur Verbesserung der Absetzeigenschaften sowie Entwässerung von Klärschlämmen angewendet. Beim Einsatz von Eisen- und Aluminiumsalzen als Flockungsmittel kann zugleich eine Phosphat-Ausfällung erfolgen.

Fällungsverfahren in der Abwasserbehandlung

Die Fällung ist ein chemisches Verfahren, mit dem die Abscheidung eines zuvor gelösten Stoffes aus einer Lösung erreicht wird. Eine übliche Methode dazu ist die Fällungsreaktion durch die Zugabe von geeigneten Substanzen. So lassen sich Schwermetalle durch Überführung in schwerlösliche Metall-Hydroxide ausfällen. Mitunter kann auch eine Ausfällung als Karbonat oder als Sulfid erforderlich sein.

Anionen lassen sich oftmals als Calcium‑, Eisen- oder Aluminiumsalz ausfällen. So erfolgt die Abtrennung von Fluorid-Ionen durch eine Fällungsreaktion mit Kalkmilch. Im Zuge der Abwasserbehandlung im Klärwerk wird die Phosphat-Konzentration durch die Zugabe von Salzen wie Eisen(II)-sulfat, Eisenchlorid oder Aluminiumchlorid gesenkt. Diese sogenannte Phosphatfällung kann entweder als Simultanfällung in die biologische Klärstufe integriert oder aber als separate Prozessstufe nachgeschaltet werden.

Ionenaustauscher sind Materialien, mit denen Ionen in einer Lösung durch andere Ionen ersetzt werden können. So werden beispielsweise mit einem Kationen-Austauscher Calcium-Ionen gegen Natrium-Ionen ausgetauscht. Wenn dieser Ionenaustauscher erschöpft ist, also mit Calcium-Ionen vollständig abgesättigt, dann muss er regeneriert werden. Dieses Verfahren funktioniert deshalb, weil Ionen umso stärker an den Ionenaustauscher gebunden werden, je höher ihre Ladung und, bei gleicher Ladung, je größer ihr Ionenradius ist. Das stärker bindende Ion verdrängt dabei das schwächer bindende.

Ionenaustauscher eignen sich zur gezielten Entfernung von Schwermetallen und Anionen. Sie werden daher gern als „Polizeifilter“ nach Fällung/Flockung eingesetzt. Verwendet werden sie außerdem zur Enthärtung, Umsalzung und Entsalzung von Wasser. Besonders wichtig ist das in der Halbleiterindustrie, wo sie zur Erzeugung von extrem sauberem demineralisiertem Wasser genutzt werden, dem sogenannten Reinstwasser. Auch bei der Behandlung von Abwässern aus galvanischen Beschichtungsanlagen, die Metall-Ionen enthalten, oder zur Reinigung von phenolhaltigen Abwässern aus der Chemie-Industrie werden Ionenaustauscher eingesetzt. Sowohl die Metall-Ionen als auch die Phenole können dabei zurückgewonnen werden.

Als Adsorption wird die Anreicherung von Substanzen an der Oberfläche eines Festkörpers bezeichnet. Dabei handelt es sich typischerweise um einen physikalischen Prozess, bei dem Moleküle durch van-der-Waals-Kräfte an der Grenzfläche haften bleiben. Werden Stoffe durch chemische Bindungen an die Oberfläche eines Feststoffes gebunden, wird dies als Chemisorption bezeichnet. Im Unterschied zur Adsorption ist die Chemisorption oftmals nicht reversibel.

In der Abwasserreinigung werden Aktivkohlen eingesetzt, um gelöste Wasserinhaltsstoffe aufzufangen, die mit preisgünstigeren Verfahren, wie den Methoden der biologischen Abwasserbehandlung, Fällung und Flockung, nicht hinreichend beseitigt werden konnten. So lassen sich Farbstoffe von Textilfärbereien aus dem Abwasser häufig nur durch Adsorption an Aktivkohle vollständig entfernen. Auch anthropogene Spurenstoffe, wie Arzneimittelrückstände, und polare organische Substanzen, wie adsorbierbare organisch gebundene Halogene AOX, binden an die Aktivkohle.

Dotierte Aktivkohle kann zudem zur Entfernung von Arsen und Schwermetallen genutzt werden. Auch Eisenhydroxid-Granulat eignet sich bestens zur Entfernung des giftigen Halbmetalls Arsen aus Trinkwasser, kontaminierten Grundwässern und belasteten Industrieabwässern. Das Eisenhydroxid reagiert dabei letztendlich mit den Arsenat-Ionen zu Eisenarsenat. Dieses Verfahren ist sowohl sehr effizient als auch kostengünstig.

Redoxreaktionen werden in der chemischen Abwasserbehandlung sowie in der Trinkwasseraufbereitung vielfältig eingesetzt. So wird die radikalische Oxidation mit Ozon und Wasserstoffperoxid zur effizienten Entfernung von chlorierten Kohlenwasserstoffen und Pestiziden aus dem Trinkwasser genutzt.

Auch in der Abwasseraufbereitung werden Oxidationsverfahren zur Entfernung von biologisch schwer abbaubaren Verbindungen eingesetzt. Besonders wirksam ist die photochemische Reinigung, bei der Hydroxylradikale aus Wasserstoffperoxid oder aus Ozon in Anwesenheit von Wasser durch UV-Licht erzeugt werden. Diese sogenannten Advanced Oxidation Processes (AOP) werden unter anderem auch zur Zerstörung von Arzneimittelwirkstoffen wie Antibiotika, Zytostatika oder Hormonen und weiteren anthropogenen Spurenstoffen verwendet.

Mit Hilfe von Ozon erfolgt zudem die Oxidation von Eisen und Mangan in Brunnenwasser. Reduktionsverfahren hingegen sind für die Umwandlung von Schwermetall-Ionen beispielsweise in schwerlösliche Sulfide erforderlich.

Die Neutralisation wird in der Abwassertechnik zur Einstellung des pH-Werts verwendet. Insbesondere nach Prozessen wie Fällung und Flockung sowie zur Neutralisation industrieller Abwässer werden dabei nach Bedarf Säuren oder Basen zugegeben.