Fragen & Antworten rund ums Abwasser (FAQ)

Hier erhalten Sie wertvolle Informationen rund um die Abwasserbehandlung und Abwasseraufbereitung.

In der Abwasserbehandlung werden mechanische, physikalische, chemisch-physikalische und biologische Verfahren unterschieden.

Zu den mechanischen Verfahren gehören:

  • die Siebung
  • die Filtration
  • die Sedimentation

Zu den physikalischen Verfahren gehören:

  • die Flotation / Entspannungsflotation
  • die Verdampfung
  • die Membranfiltration / Ultrafiltration / Nanofiltration / Umkehrosmose
  • die Adsorption
  • die Ölabscheidung

Zu den chemisch-physikalischen Verfahren gehören:

  • die Neutralisation
  • die Fällung
  • die Flockung
  • die Emulsionsspaltung / Demulgierung
  • die Koagulation
  • die Oxidation
  • die Reduktion
  • der Ionenaustausch

Zu den biologischen Verfahren gehören:

  • die aerobe biologische Behandlung
  • die Nitrifikation
  • die anaerobe biologische Behandlung
  • die Denitrifikation

Wofür wird die Siebung verwendet?

Die Siebung dient zur Grob- und Störstoffabtrennung  mit z.B. Rechen, Schwingsieben oder Rotationssieben als Vorbehandlung zur Entfernung von Grobstoffen sowie zum mechanischen Schutz von nachgeschalteten Komponenten wie Pumpen.

Was wird bei der Filtration getrennt?

Zur Fest-Flüssig-Trennung kommt die Filtration zum Einsatz. Je nach Art und Menge des abzutrennenden Feststoffs werden Kerzenfilter, Beutelfilter, Kammerfilterpressen, Siebbandpressen und Kiesfilter verwendet.


Wann wird die Sedimentation als Abwasserbehandlungsverfahren gewählt?

Zur Abtrennung von Feststoffen mit ausgeprägter Neigung zur Sedimentation können folgende Verfahren zum Einsatz kommen:

  • Absetzbecken
  • Schlammfang
  • Schrägklärer
  • Dortmund-Brunnen

Für welche Anwendungen kommt die Flotation zum Einsatz?

Oft ist für eine effektive Sedimentation von Feststoffen im Abwasser der verfahrensrelevante Dichteunterschied zum Wasser zu gering, so dass, bedingt durch die lange Absetzzeit, die verfahrenstechnischen Einrichtungen wie Absetzbecken, Schlammfang, Schrägklärer und Dortmund-Brunnen sehr groß ausgelegt werden müssten. In diesen Fällen und bei der Abtrennung von zum Aufschwimmen (Flotieren) neigenden Abwasserinhaltsstoffen ist die Flotation das bevorzugte Verfahren. Die dispergiert oder suspendiert vorliegenden Stoffe werden durch anhaftende Gasblasen an die Oberfläche transportiert und von dort entfernt. Moderne Flotationsanlagen arbeiten nach dem Prinzip der Druckentspannungsflotation.

Was ist bei der Auswahl der Verdampfung / des Verdampfer / Vakuumverdampfer zu beachten?

Die Verdampfung ist gegenüber anderen Verfahren ein energetisch aufwendiges Verfahren und kann nur zum Einsatz kommen, wenn die abzutrennenden Abwasserinhaltsstoffe nicht wasserdampfflüchtig sind. Ziel ist eine hohe Aufkonzentrierung der Abwasserinhaltsstoffe, um abschließend ein Konzentrat zur weiteren Behandlung z.B. an ein Entsorgungsunternehmen abzugeben. Für die Auswahl eines Verdampfers sollten folgende Kriterien geprüft werden:

  • pH-Wert für eine nötige Anpassung vor dem Verdampfungsprozess
  • Salzgehalt des Abwassers, insbesondere Halogenide wie Chlorid, Bromid und Fluorid als Ursache für Korrosion und die entsprechende Materialauswahl
  • Neigung des Abwassers zum Schäumen mit Auswahl eines geeigneten Entschäumers bei Bedarf
  • Prüfung auf Abwasserinhaltsstoffe mit einem Flammpunkt im Temperaturbereich des Verdampfungsprozesses (Hinweis: Oberflächentemperatur von Verdichtern bei Vakuumverdampfern beachten)
  • Prüfung auf Abwasserinhaltsstoffe, die gemeinsam mit der Wasserdampfphase ins Destillat übergehen können
  • Prüfung der Verkrustungsneigung und damit verbundene Reinigungsprozesse des Verdampfersn


Welche Verfahren werden bei der Membranfiltration unterschieden?

Bei der Membranfiltration wird je nach Größe der aus dem Abwasser abzutrennenden Teilchen die Porengröße der Membrane gewählt. Je kleiner die Porengröße ist, so größer ist der erforderliche Druck, um das Wasser durch die Membran zu transportieren. Es wird unterschieden nach


Mikrofiltration
 
   für Teilchen >0,1 µm;
 
   Druck: 0,1-2 bar
Ultrafiltration   für Teilchen <0,1 bis 0,01 µm;   Druck: 0,1-5 bar
Nanofiltration   für Teilchen <0,01 bis >0,001 µm;    Druck: 3-20bar
Umkehrosmose   für Teilchen >0,001 bis >0,0001 µm   Druck: 10-100 bar


Die abzutrennenden Abwasserinhaltsstoffe dürfen die Membrane nicht verblocken. Während des Betriebs baut sich auf den Membranen eine Deckschicht („Fouling“) auf, die die Durchsatzleitung des Filtrats senkt. Diese Deckschicht kann durch Rückspülzyklen vermindert werden. Je nach Abwasserzusammensetzung erfolgt in Intervallen eine Spülung / Reinigung der Membranen. Dies erfolgt in der Regel mit alkalischen und sauren Spülungen sowie nach Bedarf auch mit Spezialreiniger, z.B. mit Enzymen. Das dabei anfallende Spülwasser muss erneut der Abwasserbehandlung zugeführt werden.

Welche Substanzen kann man durch Adsorption aus dem Abwasser entfernen?

Die beiden bekanntesten Verfahren zur Adsorption sind der Einsatz von Aktivkohle und Bentonit. Beide Substanzen besitzen eine poröse Struktur mit einer extrem hohen inneren Oberfläche, an der Abwasserinhaltsstoffe adsorbiert („festgehalten“) werden. Aktivkohle wird für organische Abwasserinhaltsstoffe eingesetzt und kann somit CSB- und AOX-verursachende Substanzen aus dem Abwasser entfernen. Mit Bentonit werden gerne schwach ölhaltige Abwässer oder auch Lackabwässer behandelt. Dabei ist der hohe Schlammanfall beim Einsatz von Bentonit zu beachten, der zu hohen Kosten bei der Schlammentsorgung führt.

Wie funktioniert die Ölabscheidung?

Bei der Ölabscheidung schwimmt das Öl aufgrund seiner geringeren Dichte als Wasser an die Oberfläche auf und wird von dort entfernt. Der Ölabscheider ist heutzutage überall dort vorgeschrieben, wo mit Mineralölen, Kraftstoffen und verwandten Kohlenwasserstoffen umgegangen wird. Er begrenzt bei ordnungsgemäßer Verwendung gemäß der EN858 den Eintrag von Mineralölkohlenwasserstoffen in das Abwasser gemäß den wasserrechtlichen Anforderungen.

Wann muss eine Neutralisation von Abwasser erfolgen?

Abwässer dürfen nur in einem Bereich von zumeist 6,5-9,5 im Rahmen der genehmigten Indirekteinleitung eingeleitet werden. Saure und alkalische Abwässer müssen daher vorher neutralisiert werden. Auch bei anderen Prozessen wie bei der Schwermetallfällung muss der pH-Wert auf einen für den Prozess optimalen pH-Wert eingestellt werden. Dies erfolgt durch Einsatz einer pH-gesteuerten Dosierpumpe sowohl im Chargenverfahren als auch im kontinuierlichen Verfahren automatisch.

Welche Abwasserinhaltstoffe können durch eine Fällung behandelt werden?

Wenn ein Abwasserinhaltsstoff durch Veränderung des pH-Wertes oder Reaktion mit einem Fällungsmittels in eine unlösliche Verbindung überführt werden kann, spricht man von Fällung in der Abwasserbehandlung.

Bekannteste Anwendungen sind die Fällung von Schwermetallen, die Phosphat- und Fluoridfällung. Bei der Schwermetallfällung erfolgt dies im einfachsten Fall unter Einstellung des für das Schwermetall spezifischen Fällungs-pH-Wertes. Dabei wird das zuvor im Abwasser gelöste Schwermetall in die schwerlösliche Form eines Schwermetallhydroxids überführt, das dann als Feststoff aus dem Abwasser mit geeigneten Verfahren wie Flotation, Sedimentation oder Filtration entfernt werden kann. In der Anwesenheit von Komplexbildnern und bei sehr niedrigen Grenzwerten für die Schwermetalle werden bevorzugt die Schwermetalle als noch schwerlöslichere Sulfide gefällt. In dieser Form kommen die Schwermetalle oft in ihrer natürlichen Form als Erz vor. Hierzu werden dann Fällungsmittel wie Natriumsulfid, Polythionate oder Organsulfide wie Dithiocarbamate (DMDTC) eingesetzt.

Bei der Phosphatfällung wird die Eigenschaft des Phosphats genutzt, dass es mit vielen Metallen schwerlösliche Verbindungen bildet. So kann durch Zugabe von Eisen- oder Aluminiumsalzen schwerlösliches Eisen- bzw. Aluminiumphosphat aus dem Abwasser gefällt und anschließend abgetrennt werden. Die Fluoridfällung erfolgt unter Bildung von Calciumfluorid durch Zugabe von Calciumsalzen oder Kalkmilch.


Was versteht man unter der Flockung von Abwasser?

Bei der Flockung wird zwischen Primär- und Sekundärflockung unterschieden. Bei der Fällung von Eisen und Aluminium kommt es in der Regel zu einer spontan folgenden Flockung (Primärflockung), die sich in der Bildung von mit dem bloßen Auge sichtbaren (makroskopischen) Flocken zeigt. Durch andere Abwasserinhaltstoffe wie Tenside und Dispergatoren kann diese Primärflockung jedoch gestört werden, so dass es nur zur Ausbildung von mikroskopisch kleinsten Flocken kommt. In diesem Fall, aber auch zur mechanischen Stabilisierung von ausgebildeten Primärflocken, wird die Sekundärflockung durchgeführt. Dazu kommen anionische und kationische Flockungshilfsmittel auf Polymerbasis zu Einsatz.

Wie erfolgt die Emulsionsspaltung?

Öl und Wasser mischen sich in der Regel nicht und Öl schwimmt auf Grund seiner kleineren Dichte  als Wasser auf dem Abwasser. Diese Eigenschaften von Öl und Wasser nutzen Ölabscheider für die Trennung von Öl und Abwasser. Durch den Einsatz von Tensiden / Emulgatoren wird dieser abstoßende Effekt aufgehoben und das Öl wird im Wasser als mikroskopisch kleinste Tröpfchen feinst verteilt. Diesen Vorgang nennt man Emulgierung. Die dabei gebildete trübe bis milchige Flüssigkeit nennt man Emulsion. Dies geschieht z.B. beim Reinigen / Entfetten von ölhaltigen Metallteilen mittels Einsatz von tensidhaltigen Reinigungsmitteln in der Vorbehandlung von Lackierereien, bei der Motorwäsche oder dem Waschen von ölhaltigen Textilien. Bekanntestes Beispiel für eine Emulsion sind die in der Metallindustrie verwendeten Kühlschmierstoffemulsionen (KSS-Emulsion), auch oft als Bohrwasser, Bohremulsion oder Schleifemulsion bezeichnet. Zur Abtrennung des Öls aus dem Abwasser ist in diesen Fällen eine Emulsionsspaltung erforderlich.

Ältestes Verfahren ist die Säurespaltung unter Einsatz von Metallsalzen, bevorzugt Eisensalzen. Bedingt durch die hohe Aufsalzung, den großen Anfall an ölhaltigem Schlamm und einem schwierig zu verwertenden sauren Spaltöl kann dieses Verfahrens nicht mehr als Stand der Technik bezeichnet werden, da alternative erprobte Verfahren wie die organische Spaltung von Emulsionen zu Verfügung stehen. Die organische Spaltung unter Einsatz von kationischen Polymeren erfolgt dagegen im pH-Bereich von 6,5-9,5. Eine Ansäuerung ist nicht nötig. Der organische Spalter neutralisiert die elektrische Ladung des in der Emulsion enthaltenden Emulgators. Die Abstoßung der Öltröpfchen wird aufgehoben und das sogenannte Spaltöl flotiert selbstständig. Nach Phasentrennung von Spaltöl und Abwasser wird die Wasserphase einer finalen Klärung und das abgetrennte Spaltöl einer statischen Entwässerung unterzogen. Danach kann es einer Verwertung z.B. in einer Sekundärölraffinerie zugeführt werden.


Wann spricht man von Koagulation in der Abwasserbehandlung?

Bekanntestes Beispiel für das Verfahren der Koagulation ist die Behandlung von Abwässern aus Spritzkabinen von Lackierereien. Der beim Lackierprozess entstehende „Overspray“ an Lack wird durch einen fließenden Wasserfilm aufgenommen. Um Verklebungen und Ablagerungen in den Rohrleitungen des Umlaufwassers zu vermeiden, müssen die mikroskopisch kleinen Lacktröpfchen entklebt und zu größeren Partikeln vereint werden, die dann aus dem Abwasserkreislauf ausgetragen werden können. Diesen Vorgang nennt man Koagulation. Die koagulierten Lackpartikel können dann z.B. mit Hilfe einer Flotationsanlage und eines Flockungshilfsmittels (Sekundärflockung) aus dem Kreislaufwasser abgetrennt werden.

Wofür wird Oxidation bzw. der Advanced Oxidation Process (AOP) eingesetzt?

Die Oxidation bzw. oxidative Verfahren wird klassisch in der Behandlung von cyanidhaltigem Abwasser, wie es bei einigen galvanischen Prozessen anfällt, angewendet. Dabei wird das hochtoxische Cyanid („Blausäure“) mittels eines Oxidationsmittels wie Wasserstoffperoxid in das ungiftige Cyanat überführt, das weiter unter Bildung von Ammoniak und Kohlensäure hydrolisiert.

In der aktuellen Diskussion der Behandlung von Spurenstoffen im Abwasser wie Hormonen, Medikamenten wie Antibiotika sowie Pestiziden haben die als „Advanced Oxidation Process (AOP)“ bezeichneten Verfahren eine wichtige Schlüsselrolle. Mit Hilfe von Oxidationsprozessen auf Basis und in Kombination mit Ozon, UV-Bestrahlung oder Wasserstoffperoxid auch in Verbindung mit Eisensalzen können diese Problemstoffe im  Abwasser wirkungsvoll zerstört werden.


Was bewirkt die Reduktion von Abwasserinhaltsstoffen?

Chromat oder Cr(VI) sowie Nitrit sind gefährliche Abwasserinhaltsstoffe, die wirkungsvoll zerstört werden müssen. Durch Reduktion mittels Natriumpyrosulfit kann das krebserregende Cr(VI) in Cr(III) überführt werden, das mittels Schwermetallfällung aus dem Abwasser entfernt werden kann.

Bei nitrithaltigem Abwasser erfolgt ebenfalls eine Behandlung mittels Reduktion. Hierfür wird Amidosulfonsäure eingesetzt, so dass der gefährliche Abwasserinhaltsstoff Nitrit in ungiftiges Stickstoffgas umgewandelt wird.


Was benötigt man für einen Ionenaustausch?

Für das Verfahren des Ionenaustausches werden Ionenaustauscherharze benötigt. Man unterscheidet zwischen Anionen- und Kationenaustauschern. In Kombination beider Ionenaustauscher erhält man vollentsalztes Wasser. Diese Kombination wird bevorzugt in der Wasserbehandlung eingesetzt.

Bevorzugter Einsatz von Ionenaustauschern sind die Spülwässer aus galvanischen Betrieben oder der Leiterplattenfertigung. Mittels Säure bzw. Lauge werden die Ionenaustauscher regeneriert. Das dabei anfallende schwermetallhaltige Konzentrat kann einer Verwertung zugeführt werden.

Wie erfolgt die aerobe biologische Behandlung?

Bei der aeroben biologischen Behandlung von Abwasser werden organische Abwasserinhaltsstoffe von Mikroorganismen unter Veratmung von Sauerstoff abgebaut. Beim Belebtschlammverfahren wird das zu behandelnde Abwasser dauerhaft belüftet, so dass ein stetiger Sauerstoffüberschuss gewährleistet ist. Die organischen Abwasserinhaltstoffe werden dann unter Sauerstoffverbrauch von den Mikroorganismen  in Biomasse und CO2 umgesetzt.


Was passiert bei der Nitrifikation?

Während der aeroben biologischen Behandlung kann durch geeignete Mikroorganismen Ammonium auf biologischen Weg zum Nitrat oxidiert werden, das in der Denitrifikationsstufe zum Stickstoff abgebaut  wird.

Wie erfolgt der Abbau von organischen Inhaltsstoffen bei der anaeroben biologischen Behandlung?

Bei der anaeroben biologischen Behandlung von Abwasser werden organische Abwasserinhaltsstoffe von Mikroorganismen unter Ausschluss von Sauerstoff abgebaut. Dabei werden Substanzen wie Nitrat oder Sulfat an Stelle von Sauerstoff  als Elektronenakzeptor genutzt. Die organischen Abwasserinhaltstoffe werden dann unter Sauerstoffverbrauch von den Mikroorganismen in Biomasse, Methan und CO2  umgesetzt.

Was ist die Denitrifikation?
Unter Denitrifikation versteht man den Abbau von Nitrat zum Stickstoff in einer anaeroben biologischen Behandlung. In Anwesenheit von nitratabbauenden Mikroorganismen kann dies im Anschluss an eine aerobe biologische Behandlung erfolgen durch ein Einleiten von Biomasse und Abwasser in ein unbelüftetes Becken. Die Denitrifikation kann durch das Ausgasen von feinperligem Stickstoff erkannt werden.

Welche Methode für welche Anlage? Verdampfer, Ultrafiltration, Flotationsanlage, Ionenaustausch im Vergleich

Eine Beurteilung der Vorteile eines Verfahrens hat immer anwendungsbezogen zu erfolgen. Eine pauschale Beurteilung ist nur bedingt möglich. Folgende Vergleichsfaktoren sind dabei grundsätzlich zu betrachten:

  • Prozesssicherheit im Hinblick auf die Einhaltung der geforderten Grenzwerte
  • Investitionskosten
  • Automatisierungsgrad und Personalaufwand
  • Energiebedarf
  • Betriebsmittelkosten
  • Chemikalienbedarf
  • Entsorgungskosten für Reststoffe
  • Wartungskosten / Kosten für Verschleißteile

So unterscheiden sich die folgenden Verfahren beispielsweise in ihrem Energiebedarf stark:

  • Flotation / Flotationsanlage: ca. 0,6-1 kWh/m³ Abwasser
  • Membranfiltration (UF): ca. 20-30 kWh/m³ Abwasser
  • Verdampfung / Verdampfer: ca. 55-100 kWh/m³ Abwasser

Auf dem Hintergrund der betrieblichen Anforderungen an die Energiewende ist dies ein primärer Beurteilungsfaktor.

Hier ein Beispiel für den Vergleich von drei Verfahren zur Behandlung von Emulsionen:

Vergleich verschiedener Abwasserbehandlungsverfahren
Vergleich verschiedener Abwasserbehandlungsverfahren

Abwasserbehandlungsanlagen bestehen immer aus mehreren Stufen. In der einfachsten Anwendung eines Ölabscheiders gemäß EN858 ist ein ausreichend dimensionierter Schlammfang vorzuschalten. Abwasserbehandlungsanlagen bestehen je nach Bedarf in der Regel aus

  • Grobstoffabscheidung
  • Sammel- und Vorlagetank
  • Behandlungsstufe(n)
  • Ableitung oder Sammeltank für geklärtes Abwasser / Brauchwassernutzung

Bei der Unterscheidung von Trennverfahren werden bei der Membranfiltration folgende Parameter angewendet:

      TrennverfahrenGröße der Teilchen [µm]Druck [bar]
     Mikrofiltration>0,1 0,1-2
    Ultrafiltration<0,1 bis >0,010,1-5
    Nanofiltration <0,01 bis >0,0013-20
       Umkehrosmose<0,001 bis >0,000110-100

Bei der Abwasserbehandlung / Abwasserreinigung spricht man von der benötigten Verweilzeit für eine ausreichende und erfolgreiche Abwasserbehandlung. Bei chemisch-physikalischen Prozessen kann dies in wenigen Sekunden geschehen, aber auch bis zu mehrere Stunden dauern. Bei der biologischen Behandlung kann die Verweilzeit von einem bis hin zu mehreren Tagen betragen.

    Die Ziele der Abwassereinigung sind auf die Ziele der Europäischen Wasser-Rahmenrichtlinie (WRRL) (Richtlinie RL 200/60/EG) vom Oktober 2000 ausgerichtet, alle Oberflächengewässer und Grundwässer in einen guten Zustand zu versetzen.

    Mit dem Wasserhaushaltsgesetz des Bundes und der Länder und den damit verbundenen Verordnungen sind die gesetzlichen Rahmenbedingungen und Ziele für die Abwasserqualität in nationales Recht umgesetzt. Branchenspezifische Grenzwerte sind in der Abwasserverordnung (AbwV) und Ihren Anhängen 1 bis 57 geregelt.

      Welche Kosten entstehen bei der Abwasserreinigung mit den unterschiedlichen Verfahren (Verdampfer, Ultrafiltration, Flotationsanlage, Ionenaustausch...)

      Die Kosten der Abwasserreinigung / Abwasserbehandlung setzen sich wie folgt zusammen:

      • Investitionskosten
      • Personalaufwand
      • Energiebedarf
      • Betriebsmittelkosten
      • Chemikalienbedarf
      • Entsorgungskosten für Reststoffe
      • Wartungskosten / Kosten für Verschleißteile

      Hier ein Beispiel von drei verschieden Abwasserbehandlungsanlagen für KSS-Emulsion mit einem Durchsatz von 1 m³/h:

        Kosten der verschiedenen Abwasserbehandlungsverfahren
        Kosten der verschiedenen Abwasserbehandlungsverfahren