Che­mi­sche und phy­si­ka­li­sche Ver­fah­ren zur Abwas­ser­rei­ni­gung

Che­mi­sche und phy­si­ka­li­sche Pro­zes­se wer­den bei der Behand­lung von Abwäs­sern ein­ge­setzt, um spe­zi­el­le Pro­ble­me zu lösen. So wer­den Rechen, Sie­be oder Mem­bran­tech­nik genutzt, um Fest­stof­fe abzu­tren­nen. Mit Hil­fe der Fäl­lung oder auch der Nano­fil­tra­ti­on kön­nen Schwer­me­tal­le aus Abwäs­sern ent­fernt wer­den.

Ver­fah­rens­kom­bi­na­ti­on zur Abwas­ser­rei­ni­gung

Abhän­gig von der Zusam­men­set­zung des Abwas­sers erfolgt eine che­misch-phy­si­ka­li­sche Abwas­ser­be­hand­lung oft­mals in Teil­schrit­ten. Unse­re Exper­ten unter­stüt­zen Sie dabei, durch zweck­mä­ßi­ge Kom­bi­na­ti­on die­ser Ver­fah­rens­schrit­te mit der rich­ti­gen Abwas­ser­tech­nik eine kos­ten­güns­ti­ge und effi­zi­en­te Lösung für die Auf­be­rei­tung Ihrer Abwäs­ser zu fin­den.

Nach Ent­schei­dung über die idea­le Ver­fah­rens­kom­bi­na­ti­on beglei­tet Sie unser Exper­ten­team im Pro­jekt­ma­nage­ment bei der Pla­nung und dem Bau Ihrer Anla­ge.

DAS bie­tet für jeden Ein­satz­zweck das pas­sen­de Ver­fah­ren zur che­mi­schen und phy­si­ka­li­schen Was­ser- und Abwas­ser­be­hand­lung

Ent­hält das Abwas­ser was­ser­un­lös­li­che Stof­fe oder Kol­lo­ide, kann bei­spiels­wei­se durch Sedi­men­ta­ti­on, Fil­tra­ti­on oder Zen­tri­fu­gal­tren­nung eine wirk­sa­me Abwas­ser­be­hand­lung erreicht wer­den. Auch die Flota­ti­on, bei der Stoff­par­ti­kel durch Adhä­si­ons­kräf­te an fei­nen Luft­bläs­chen haf­ten blei­ben, wird von der DAS Envi­ron­men­tal Expert GmbH, je nach Zusam­men­set­zung des Abwas­sers, als Teil der phy­si­ka­li­schen Behand­lung ein­ge­setzt. Eine zuver­läs­si­ge mecha­ni­sche Vor­rei­ni­gung ist beson­ders bei der Abwas­ser­be­hand­lung sani­tä­rer Abwäs­ser wich­tig, um die Abwas­ser­tech­nik der nach­fol­gen­den Behand­lungs­stu­fen vor Beschä­di­gun­gen zu bewah­ren.

Bei der che­mi­schen Abwas­ser­be­hand­lung bewirkt die geziel­te Zuga­be bestimm­ter Sub­stan­zen, dass die im Abwas­ser gelös­ten Schad­stof­fe leich­ter abscheid­bar wer­den. So wird bei einer Fäl­lung ein zuvor gelös­ter Stoff in eine schwe­rer lös­li­che Sub­stanz umge­wan­delt, die aus der Flüs­sig­keit abfil­triert wer­den kann. Wei­te­re Mög­lich­kei­ten zur Schad­stoff­ent­fer­nung sind Ionen­aus­tausch, Flo­ckung oder UV-Ozon-Behand­lung.

Phy­si­ka­li­sche Ver­fah­ren zur Abwas­ser­be­hand­lung

Grob- und Fein­stoff­ab­tren­nung mit Hil­fe von Rechen und Sie­ben

Mit Rechen und Sie­ben wer­den stö­ren­de Fest­stof­fe aus dem Was­ser ent­fernt. Mit die­sem mecha­ni­schen Ver­fah­ren erfolgt bei­spiels­wei­se die Abtren­nung von Win­deln und Haa­ren sowie Feucht- und Hygie­ne­tü­chern aus dem Abwas­ser­strom. Vor der Rei­ni­gung der indus­tri­el­len Abwäs­ser erfas­sen Sieb­an­la­gen auch Tex­til­fa­sern, Papie­re­ti­ket­ten, Kunst­stoff­res­te sowie Pro­duk­ti­ons­rück­stän­de wie Kar­tof­fel­scha­len und ande­re Schäl­res­te.

Je nach Ein­satz­ge­biet wer­den Grob- oder Fein­re­chen ver­wen­det. Sie rei­ni­gen das Was­ser mit­hil­fe von par­al­le­len Stä­ben. Sie­be hin­ge­gen ver­fü­gen über Git­ter, Löcher und Maschen. Mit unter­schied­li­chen Öff­nungs­grö­ßen vom Grob- (> 20mm) bis zum Mikro­sieb (<0,05 mm) tren­nen sie Fest­stof­fe vom gro­ben Zivi­li­sa­ti­ons­müll bis hin zu Sand und Schlamm­par­ti­keln aus dem Abwas­ser­strom ab.

Von gro­ßer Bedeu­tung ist die mecha­ni­sche Vor­rei­ni­gung bei der Abwas­ser­be­hand­lung sani­tä­ren Abwäs­ser. Her­aus­for­dernd sind hier vor allem im Abwas­ser ent­hal­te­ne Fasern, ins­be­son­de­re die extrem reiß­fes­ten Tex­til­fa­sern aus Feucht­tü­chern und Vlie­sen. Sie nei­gen zur Ver­zop­fung und kön­nen damit Ver­stop­fun­gen sowie enor­me Schä­den an Pum­pen und Rühr­wer­ken ver­ur­sa­chen.

Die Spe­zia­lis­ten der DAS Envi­ron­men­tal Expert GmbH wäh­len gemein­sam mit Ihnen geeig­ne­te Trom­mel­sie­be oder selbst­rei­ni­gen­de Rechen aus, um Beschä­di­gun­gen Ihrer Klär­tech­nik und somit unnö­ti­ge War­tungs­ein­sät­ze von vorn­her­ein zu ver­mei­den und die Kos­ten dafür zu spa­ren.

Mecha­ni­sche Abtren­nung von Fest­stof­fen durch Fil­tra­ti­on

Mit Hil­fe der Fil­tra­ti­on wer­den Fest­stof­fe aus Flüs­sig­kei­ten abge­trennt. Dazu pas­siert das zu tren­nen­de Gemisch einen Fil­ter; die­ser kann im ein­fachs­ten Fal­le aus Papier bestehen. Für tech­ni­sche Anwen­dun­gen wer­den meist Fil­ter aus Tex­til­ge­we­be oder Metall ver­wen­det. Auch Sand­fil­ter, Trom­mel­sie­be und Tuch­fil­ter kom­men häu­fig zum Ein­satz.

Mit Hil­fe der Fil­ter­an­la­gen kön­nen anor­ga­ni­sche und orga­ni­sche Schweb­stof­fe, Sand und Stäu­be aus dem Was­ser ent­fernt wer­den. In der Abwas­ser­tech­nik wird die­ses mecha­ni­sche Trenn­ver­fah­ren unter ande­rem zur Ent­wäs­se­rung von Schläm­men in Fil­ter­pres­sen ein­ge­setzt. Bei der Auf­be­rei­tung von Brauch- und Trink­was­ser aus Ober­flä­chen­was­ser wird eben­falls eine Fil­tra­ti­on vor­ge­nom­men, in der Regel in mehr­stu­fi­gen Ver­fah­ren.

Bei der Mem­bran­fil­tra­ti­on han­delt es sich eben­falls um ein mecha­ni­sches Trenn­ver­fah­ren. In die­sem Fal­le dient eine Mem­bran als Fil­ter­me­di­um. Die­se Metho­de wird übli­cher­wei­se ver­wen­det, um sehr klei­ne Bestand­tei­le abzu­tren­nen.

Abwas­ser­rei­ni­gung mit Mem­bran­tech­nik

Mit der Mem­bran­fil­tra­ti­on kön­nen gelös­te und unge­lös­te Stof­fe aus dem Abwas­ser abge­trennt und auf­kon­zen­triert wer­den. Dabei erfolgt die Auf­tren­nung unter Druck; die Mem­bran hält mit einer bestimm­ten Poren­grö­ße Par­ti­kel bzw. Mole­kü­le ab einer gewis­sen Grö­ße zurück. Ein­ge­setzt wer­den die unter­schied­li­chen Ver­fah­ren zur Was­ser­auf­be­rei­tung, zur Abwas­ser­rei­ni­gung, zum Pro­zess­was­ser­re­cy­cling sowie für die Auf­kon­zen­trie­rung von Wert­stof­fen zur Rück­ge­win­nung.

Die Mikro­fil­tra­ti­on wird zur Abtren­nung von Par­ti­keln sowie von Bak­te­ri­en und Hefen ein­ge­setzt. Sie wird daher unter ande­rem zur kal­ten Ste­ri­li­sa­ti­on und zur Tren­nung von Öl-Was­ser-Emul­sio­nen genutzt.

Die Ultra­fil­tra­ti­on ist ein wich­ti­ges Ver­fah­ren für die Trink­was­ser- und Abwas­ser­auf­be­rei­tung. Sie dient dazu, Par­ti­kel, Mikro­or­ga­nis­men, Pro­te­ine und Trüb­stof­fe aus dem Was­ser abzu­tren­nen, unter ande­rem im Mem­bran­be­le­bungs­re­ak­tor (MBR). Die Ultra­fil­tra­ti­on wird bei­spiels­wei­se zur Rei­ni­gung des Kreis­lauf­was­sers in Schwimm­bä­dern ver­wen­det. Da sich die Bil­dung von ver­stop­fen­den Belä­gen auf der Mem­bran mitt­ler­wei­le ver­mei­den lässt, wer­den auch bereits bestehen­de Anla­gen zur Abwas­ser­be­hand­lung zuneh­mend um eine Ultra­fil­tra­ti­on als soge­nann­ter Poli­shing-Step ergänzt. Bei der Nach­rüs­tung von älte­ren, klas­si­schen Klär­an­la­gen kann die Ultra­fil­tra­ti­on direkt im oder nach dem Bele­bungs­be­cken ein­ge­setzt wer­den, um nach­ge­schal­te­te Behand­lungs­schrit­te zu erset­zen, oder um die Rei­ni­gungs­leis­tung der bio­lo­gi­schen Abwas­ser­be­hand­lung zu erhö­hen.

Die Nano­fil­tra­ti­on ist in der Lage, Viren, Schwer­me­tall-Ionen, gro­ße Mole­kü­le und sehr klei­ne Par­ti­kel zurück­zu­hal­ten. Ein­ge­setzt wird die­ses Ver­fah­ren zur Was­ser­ent­här­tung sowie in der Trink­was­ser­auf­be­rei­tung.

Die Umkehr­os­mo­se ist ein wich­ti­ger Ver­fah­rens­schritt bei­spiels­wei­se bei der Auf­kon­zen­trie­rung von Depo­nie­ab­wäs­sern, bei der Trink­was­ser­auf­be­rei­tung in länd­li­chen Regio­nen, die nicht an das Lei­tungs­netz ange­schlos­sen sind, bei der Meer­was­ser­ent­sal­zung oder bei der Ent­kal­kung von Boiler­was­ser in Kraft­wer­ken. Dabei wird durch eine semi­per­me­ab­le Mem­bran hin­durch die Kon­zen­tra­ti­on von in Flüs­sig­kei­ten gelös­ten Sub­stan­zen erhöht, indem mit Hil­fe von Druck der Pro­zess der Osmo­se umge­kehrt wird: Ist der Druck höher als der jewei­li­ge osmo­ti­sche Druck, dif­fun­die­ren die Mole­kü­le des Lösungs­mit­tels auf die Sei­te der Mem­bran, auf der gelös­te Stof­fe bereits weni­ger kon­zen­triert vor­lie­gen. Die­ses Ver­fah­ren wird auch zur Gewin­nung von Reinst­was­ser ein­ge­setzt.

Abwas­ser­be­hand­lung durch Flota­ti­on

Bei der Flota­ti­on wer­den disper­gier­te oder sus­pen­dier­te Stof­fe aus Flüs­sig­kei­ten mit Hil­fe klei­ner Gas­bläs­chen an die Ober­flä­che trans­por­tiert und dort mit einer Räu­mer­vor­rich­tung ent­fernt. Ein­ge­setzt wer­den Flota­ti­ons­ver­fah­ren in der Abwas­ser­be­hand­lung zur Abtren­nung von Ölen, Fet­ten und fein sus­pen­dier­ten Fest­stof­fen, wie Schweb­stof­fen.

Die Anla­ge­rung der Par­ti­kel oder Tröpf­chen funk­tio­niert dabei umso bes­ser, je klei­ner die Mikro­bläs­chen sind. Aus die­sem Grun­de wird in der Abwas­ser­tech­nik häu­fig die Druck­ent­span­nungs­flota­ti­on (Dis­sol­ved Air Flota­ti­on – DAF) ver­wen­det. Sie hat sich auf­grund ihrer Wirt­schaft­lich­keit und Effi­zi­enz bewährt. Flota­ti­ons­vor­gän­ge kön­nen zudem durch den Ein­satz von Hilfs­stof­fen wie Samm­ler, Schäu­mer, Reg­ler oder Drü­cker unter­stützt wer­den.

Fest­stoff­ab­tren­nung durch Sedi­men­ta­ti­on

Bei der Sedi­men­ta­ti­on wird zur Abtren­nung von Fest­stoff­par­ti­keln in Absetz­be­cken die Schwer­kraft genutzt. Ein Absetz­be­cken ist ein fla­ches und nahe­zu strö­mungs­frei­es Becken spe­zi­ell für Sedi­men­ta­ti­ons­pro­zes­se. Die Fest­stoff­teil­chen set­zen sich dar­in am Boden ab.

Sedi­men­ta­ti­ons­pro­zes­se wer­den in der Abwas­ser­auf­be­rei­tung viel­fäl­tig ein­ge­setzt: Bereits im Vor­klär­be­cken set­zen sich unge­lös­te Stof­fe ab. Sie bil­den den Pri­mär­schlamm, der anschlie­ßend ein­ge­dickt und im soge­nann­ten Faul­turm anae­rob umge­setzt wird. Dabei ent­ste­hen Faul­schlamm und Faul­gas, wel­ches in gerei­nig­ter Form wie Bio­gas zur Deckung des Ener­gie­be­dar­fes ver­stromt wer­den kann. In den Faul­turm wird auch aerob erzeug­ter Klär­schlamm ein­ge­bracht, nach­dem er im Nach­klär­be­cken durch Sedi­men­ta­ti­on aus dem Abwas­ser abge­trennt wur­de. Teil­chen, die schwe­rer sind als Was­ser, kön­nen zudem mit Hil­fe von Sand­fän­gen oder Schlamm­samm­lern aus der Flüs­sig­keit sepa­riert wer­den.

Che­mi­sche Ver­fah­ren zur Abwas­ser­auf­be­rei­tung

Neu­tra­li­sa­ti­on

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.

Oxidation/Reduktion

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.

Adsorp­ti­on und Chemi­sorp­ti­on

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.

Fäl­lung

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.

Flo­ckung 

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.

Ionen­aus­tau­scher

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.