Che­misch-phy­si­ka­li­sche Metho­den der Abwas­ser­rei­ni­gung 

Che­misch-phy­si­ka­li­sche Ver­fah­ren zur Abwas­ser­rei­ni­gung spie­len eine ent­schei­den­de Rol­le bei Schutz der kost­ba­ren Res­sour­ce Was­ser und zeich­nen sich durch ihre Zuver­läs­sig­keit, hohe Effi­zi­enz und Wirt­schaft­lich­keit aus. 

Als Exper­ten für Was­ser­be­hand­lung haben wir für unse­re Kun­den unter ande­rem aus der Halb­lei­ter-, Solar-, Bat­te­rie- Lebens­mit­tel-, Geträn­ke- und Phar­ma­in­dus­trie maß­ge­schnei­der­te Lösun­gen für die Abwas­ser­be­hand­lung entwickelt. 

Unser breit­ge­fä­cher­tes Ver­fah­rensport­fo­lio zielt dar­auf ab, die spe­zi­fi­schen Her­aus­for­de­run­gen die­ser Indus­trien zu lösen. Die Kom­ple­xi­tät der Abwas­ser­zu­sam­men­set­zung erfor­dert oft eine mehr­stu­fi­ge Behand­lung, bei der ver­schie­de­ne che­misch-phy­si­ka­li­sche Ver­fah­ren kom­bi­niert wer­den. Durch die geschick­te Ver­knüp­fung die­ser Tech­no­lo­gien las­sen sich kos­ten­güns­ti­ge und hoch­ef­fi­zi­en­te Lösun­gen für die Auf­be­rei­tung ver­schie­dens­ter Abwas­ser­ar­ten realisieren.

Ihre Vor­tei­le beim Ein­satz che­misch-phy­si­ka­li­scher Behand­lungs­me­tho­den auf einen Blick: 

  • Effi­zi­en­te Schad­stoff­ent­fer­nung: Hohe Effi­zi­enz bei der Ent­fer­nung von Schwer­me­tal­len, Sili­zi­um, Alu­mi­ni­um, Fluo­ri­den, Arsen sowie sus­pen­dier­ten Fest­stof­fen (Par­ti­kel).  
  • Fle­xi­bi­li­tät: Sys­tem­kon­fi­gu­ra­ti­on & modu­la­res Design der Anla­ge ange­passt an Ihren Bedarf.  Design für Batch-Pro­zess oder kon­ti­nu­ier­li­chen Pro­zess möglich.
  • Qua­li­tät: Inno­va­ti­ve Lösun­gen, die den höchs­ten umwelt­tech­no­lo­gi­schen Stan­dards und Qua­li­täts­an­for­de­run­gen ent­spre­chen, machen uns zu Ihrem zuver­läs­si­gen Part­ner. 
  • Nach­hal­tig­keit: Ver­rin­ge­rung der Umwelt­be­las­tung und Scho­nung von Res­sour­cen durch Was­ser­re­cy­cling, Res­sour­cen­rück­ge­win­nung und Wärmerückgewinnung.
  • Kos­ten­ef­fi­zi­enz: Opti­mier­te Pro­zes­se für gerin­ge­ren Che­mi­ka­li­en­ver­brauch und nied­ri­ge­re Inves­ti­ti­ons- und Betriebs­kos­ten.

 

Unser ganz­heit­li­cher Ansatz beinhal­tet sämt­li­che Pro­jekt­pha­sen von der Pla­nung über die Beschaf­fung und den Bau bis hin zur Bau­über­wa­chung und Inbe­trieb­nah­me. Dabei set­zen wir auf eine enge Zusam­men­ar­beit mit dem Kun­den, um maß­ge­schnei­der­te Lösun­gen zu ent­wi­ckeln. 

Über­sicht über eine Aus­wahl der wichtigs­ten che­misch-phy­si­ka­li­schen Metho­den

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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, Bak­te­ri­en und Hefen ein­ge­setzt. Sie wird daher unter ande­rem zur kal­ten Ste­ri­li­sa­ti­on und zur Tren­nung von Öl-Was­ser-Emul­sio­nen genutzt.

Die Nano­fil­tra­ti­on kann Viren, Schwer­me­tall-Ionen, gro­ße Mole­kü­le und sehr klei­ne Par­ti­kel zurück­hal­ten. Ein­ge­setzt wird das Ver­fah­ren zur Was­ser­ent­här­tung und in der Trinkwasseraufbereitung.

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 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 mit­hil­fe 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.

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.

Anwen­dungs­fall: Inno­va­ti­ve che­misch-phy­si­ka­li­sche Was­ser­be­hand­lung für die Halb­lei­ter­indus­trie 

DAS Envi­ron­men­tal Experts hat ein hoch­mo­der­nes Abwas­ser­be­hand­lungs­sys­tem für einen Kun­den aus der Halb­lei­ter­indus­trie umge­setzt. Die moder­ne Halb­lei­ter­fer­ti­gung erfor­dert eine effek­ti­ve und zuver­läs­si­ge Abwas­ser­be­hand­lung. Ein beson­de­rer Fokus lag auf der detail­lier­ten Vor­ab­pla­nung, die eine sorg­fäl­ti­ge Ent­fer­nung der Ver­un­rei­ni­gun­gen, eine opti­mier­te Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz und die Ein­hal­tung von Umwelt­vor­schrif­ten sowie eine schnel­le Reak­ti­on auf loka­le Gege­ben­hei­ten gewähr­leis­tet. 

Das Pro­jekt umfasst drei che­misch-phy­si­ka­li­sche Behandlungslinien: 

  1. Fluoridbehandlung
  2. CMP-Abwas­ser­be­hand­lung: Ent­fer­nung von Fest­stof­fen (Sili­zi­um und Aluminium)
  3. Neu­tra­li­sa­ti­on (Ein­stel­lung des pH-Wertes)

Fließ­bild der drei Behand­lungs­li­ni­en 

Unse­re spe­zi­ell ent­wi­ckel­te che­misch-phy­si­ka­li­sche Was­ser­auf­be­rei­tungs­an­la­ge kom­bi­niert moderns­te Tech­no­lo­gien zur effek­ti­ven Behand­lung von Pro­zess­ab­wäs­sern: 

  • Flo­ckung und Fäl­lung 
  • Fest­stoff­ab­tren­nung 
  • Che­mi­sche Behand­lung / Neu­tra­li­sa­ti­on 
Operation Principle for chemical-physical wastewater treatment

Tech­ni­sche Spezifikationen

  • Garan­tier­te Ablauf­wer­te:  
    • Fluo­rid­kon­zen­tra­ti­on ≤ 10 mg/L  
    • Sus­pen­dier­te Fest­stof­fe (TSS) ≤ 300 mg/L
    • pH-Wert = 6 bis 11 
  • Kon­ti­nu­ier­li­cher Betrieb für maxi­ma­le Pro­duk­ti­vi­tät 
  • Voll­au­to­ma­ti­sier­ter Betrieb mit mini­ma­lem Per­so­nal­ein­satz 
  • Kom­pak­te Bau­wei­se zur opti­ma­len Raum­nut­zung 

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