Abwasserreinigungsverfahren

zur Reinigung und Aufbereitung industrieller Abwässer

OKO-tech Abwasserreinigungssysteme können wässrige Abfälle mit den hier beschriebenen Verfahren behandeln. Unsere hochmoderne und fein justierte Technik ermöglicht einen äußerst effizienten Einsatz dieser Anwendungen. Als Komplettanbieter können wir die einzelnen Verfahren je nach Bedarf kombinieren und somit stets optimale Ergebnisse für unsere Kunden erzielen.

Das Dekantieren ist ein Trennprozess bei der Abwasserreinigung, bei dem die unterschiedlich großen Schmutzpartikel der in Phase vorliegenden Flüssigkeit mit physikalischen Mitteln, beispielsweise durch Zentrifugalkraft, voneinander getrennt werden, um sie anschließend separat austragen zu können.

Für dieses Verfahren setzt OKO-tech Rotationssiebe des Typs OKO-RoSi und OKO-select-Tanks ein. Mithilfe der innovativen Sensorik im Inneren dieser Produkte können die Phasenschichtdicken bestimmt und die Trennschicht für eine effiziente Separation detektiert werden.

Dieser automatisierte Trennprozess entlastet den Bediener und schafft Prozesssicherheit in der Abwasserbehandlung.

Die Sedimentation ist die einfachste Art der Abwasserreinigung: Die in Flüssigkeiten enthaltenden Feststoffe setzen sich aufgrund ihrer höheren Dichte am Boden ab und können von dort ausgetragen werden. Dieser Prozess geschieht ganz selbstständig und kann mit Hilfe der Stokes’schen Formel mathematisch beschrieben und kalkuliert werden. Dabei wird die Sinkgeschwindigkeit anhand verschiedener Werte, wie Dichte des festen Stoffes, Dichte des Abwassers, Gravitationskonstante und Partikelgröße, berechnet. Darüber hinaus spielen jedoch noch weitere Faktoren, wie Anziehungs- und Abstoßungskräfte und Strömungen, die sich aufgrund von Wechselwirkungen der einzelnen Stoffe miteinander bilden, eine Rolle.

Folgende Sinkgeschwindigkeiten verschiedener Stoffe können als Richtwerte zugrunde gelegt werden:
Sand, Körnung 0,1 - 0,5 mm: 25 - 130 mh-1
Schwerspat, feingemahlen: ca. 1 mh-1
gefälltes Aluminiumhydroxid: 0,15 - 0,5 mh-1

Der Sedimentationsprozess in einer OKO-tech-Anlage wird mithilfe einer umfangreichen Sensorik überwacht und geregelt. So ist ein automatischer und bedarfsgerechter Austrag von Sedimenten in den Anlagen gewährleistet.

DAF=Dissolved Air Flotation
Die Flotation ist ein verbreitetes Verfahren der Abwasserreinigung und ein wichtiger Prozessschritt bei der Abwasseraufbereitung. Das Schmutzwasser wird mithilfe eines Verdichters mit Luft angereichert. An den dabei entstehenden feinsten Luftblasen lagern sich Schmutzpartikel (z.B. Lacke, Kunststoffe, Öle und Fette) aus dem Abwasser an. Die Partikel steigen mit den Luftbläschen zur Wasseroberfläche auf und können dort automatisch abgeschöpft werden.

OKO-tech hat das Verfahren zur Hochleistungs-Flotation weiterentwickelt und setzt diesen Prozess damit perfekt um. Eine vernetzte Sensorik erkennt dabei verschiedene Schmutzwasserqualitäten und ermöglicht dadurch eine passgenaue, verschmutzungsabhängige Regelung der Anlage. Trenneffizienz und Automatisierung werden dadurch deutlich gesteigert. Auch schwere und feinste Partikel werden sicher erfasst, flotiert und abgetrennt.

Im Vergleich zu anderen Abwasserreinigungsverfahren bringt das Flotationsverfahren viele Vorteile mit sich: einen geringen Energieverbrauch, geringste Restabfallmengen sowie eine hohe Verfügbarkeit.

Die Koagulation ist eine chemische Reaktion, die für die Abwasseraufbereitung eingesetzt werden kann. Man bezeichnet damit die Neutralisation und Entstabilisierung feinst suspendierter Teilchen im Abwasser. Dabei wird die an der Oberfläche der Schmutzpartikel vorhandene Ladung, die eine Annäherung und Zusammenballung der Schmutzpartikel verhindert, aufgehoben. Die Teilchen können sich dadurch zu größeren, dichteren Partikelverbänden zusammenfinden. Eine Flockung entsteht. Die auf diese Weise entstandenen Agglomerationen können danach mittels Sedimentation oder Flotation leichter vom Abwasser getrennt werden. Für das Auslösen des Koagulationsprozesses verwendet OKO-tech in seinen Anlagen exakt dosierte und abgestimmte hochwirksame Stoffe auf Basis nativer anorganischer und organischer Polymere.

Emulsionen sind Öl-in-Wasser-Verbindungen, die sich nur schwer aus dem Abwasser entfernen lassen. Um eine leichtere Trennung vom Abwasser zu erreichen, müssen vorhandene Emulsionen beim Wasserrecycling in ihre Einzelkomponenten aufgespalten werden. Diesen Prozess nennt man Emulsionsspaltung. Die für diesen Prozess eingesetzten Abwasseraufbereitungsanlagen werden auch Emulsionsspaltanlagen genannt. Bei der Emulsionsspaltung wird durch die Zugabe von Demulgatoren (in diesem Fall kationischer Polymere) eine Ladungsneutralisation der in den Emulsionen enthaltenden Emulgatoren erreicht. Dadurch werden Öle und Fette vom Wasser getrennt. Das abgespaltene Öl setzt sich aufgrund seiner geringeren Dichte an der Oberfläche des Abwassers ab und kann dort leicht abgeschöpft werden. Bei der Zugabe von Demulgatoren wird der pH-Wert des zu behandelnden Abwassers nicht verändert.

Eine Emulsionsspaltung kann auch durch die Zugabe von Säure ausgelöst werden.  Dadurch verändert sich der pH–Wert erheblich und das Wasser muss anschließend, etwa durch Zugabe von Kalkmilch, wieder neutralisiert werden. Dabei fällt Neutralisationsschlamm an, der entsorgt werden muss. Bei den OKO-tech Anlagen wird eine Emulsionsspaltung nur durch Demulgatoren ausgelöst. So entfällt sowohl der Produktionsschritt der Neutralisation als auch die Entsorgung von Neutralisationsschlamm. Dies macht den Einsatz von OKO-tech-Anlagen effizient und reduziert die Kosten für die Reststoff-Entsorgung erheblich.

Der Neutralisationsprozess ist meist der letzte Schritt in der Abwasseraufbereitung. Das vorgereinigte saure oder alkalische Abwasser wird durch Zugabe von entsprechenden Neutralisationsmitteln wie Kalkmilch, Kohlensäure, Magnesiumhydroxid, Mineralsäuren, Natronlauge oder Soda auf einen neutralen pH-Wert von 6,5 bis 9 gebracht. Erst wenn ein pH-Wert in diesem Bereich erreicht ist, darf das Wasser in die kommunale Kanalisation eingeleitet werden. Je nach Bedarf kann dieser Prozess im Durchlauf- oder Batch-Prozess innerhalb der OKO-tech Abwasserbehandlungsanlagen realisiert werden.

Auch bei immer gleichen Produktionsprozessen kann der pH-Wert des Abwassers großen Schwankungen unterliegen. Auch hier unterstützen die OKO-tech Abwasseraufbereitungsanlagen: die sensible Sensorik der Anlagen erfasst sicher den aktuellen pH-Wert und regelt mithilfe leistungsfähiger Steuerungssysteme effizient, sicher und automatisiert die Zugabe der jeweils erforderlichen Menge und Art des Neutralisationsmittels.

Als Fällung oder „Präzipitation“ (von lateinisch praecipitatio = das Herabstürzen) wird eine chemische Reaktion verstanden, durch die ein gelöster Stoff aus einer Lösung ausgeschieden und in eine schwer- bis unlösliche Form überführt wird. In der Wasseraufbereitungstechnik wird das Verfahren in erster Linie verwendet, um Schwermetalle aus dem Abwasser zu entfernen.  Ausgelöst wird die Reaktion durch die Einstellung eines spezifischen Fällungs-pH-Wertes durch Zugabe von Laugen oder Säuren. Sie erzeugen einen bestimmten pH-Wert, bei dem Metalle in schwerlösliche Metallhydroxidverbindungen überführt werden und „ausfällen“. Es bilden sich Flocken (Niederschlag), die aufgrund ihrer Schwerlöslichkeit leicht, zum Beispiel mittels Oberflächenabsauger oder Flotation vom Abwasser getrennt und daraus entfernt werden können. Da bei dem beschriebenen chemischen Behandlungsverfahren Hydroxide gebildet werden, wird es als Hydroxidfällung bezeichnet.

Schwermetalle besitzen unterschiedliche, individuelle Fällungs-pH-Werte. Handelt es sich im Abwasser nur um ein einziges Schwermetall, ist es einfach, eine Fällung durch die Erzeugung des genau passenden pH-Wertes mit Hilfe von basischen Stoffen herbeizuführen. Auf diese Weise kann bei Vorhandensein eines einzigen Metalls ein sehr hoher Reinigungsgrad erreicht werden. Sind mehrere Schwermetalle im Abwasser vorhanden, sieht die Reinigung aufgrund der verschiedenen Fällungs-pH-Werte komplexer aus, denn es muss ein Kompromiss bei der Zugabe der Fällungsmitteln eingegangen werden. Die nach der Hydroxidfällung verbleibenden Schwermetallgehalte im Abwasser sind daher höher, als bei der Anwesenheit nur eines einzigen Schwermetalls. Dadurch wird es schwieriger, den gesetzlich vorgegebenen Reinigungsgrad zu erzielen. Bei der hydroxischen Fällung können Restgehalte von <1mg/L erreicht werden. Abhängig von der Art des Schwermetalls können jedoch Grenzwerte von < 0,05 bis zu < 0,005 mg/L erforderlich sein.

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Mit Flockung oder Flokkulation (lateinisch flocculus = kleines Büschel Wolle) bezeichnet man den Vorgang der Koagulation feinster suspendierter oder kolloidaler Fremdbestandteile des Wassers. Ausgefällte Metallhydroxide und andere durch pH-Wert-Einstellung oder Reagenzien ausgefällte Wasserinhaltsstoffe verbinden sich zu makroskopischen Flocken. Diese binden wiederum andere Abwasserinhaltstoffe ein, sodass das Abwasser geklärt werden kann. Zur Unterstützung der Flockung und Stabilisierung der Flocken werden in der Regel Flockungshilfsmittel als verdünnte Lösungen eingesetzt.

Liegen im industriellen Bereich abgetrennte Feststoffe als Dünnschlamm vor, ist die Methode der Schlammentwässerung ein weitergehendes Behandlungsverfahren. Industrielle Schlämme entstehen z.B. bei der Neutralisation von Laugen, Säuren oder bei der Dekantierung von Öl-Wasser-Feststoffgemischen. Darüber hinaus können bei Wartungs- und Reinigungsarbeiten schlammhaltige Abwässer (z.B. durch den Einsatz von Hochdruckreinigern) entstehen, die einer Entwässerung bedürfen.  

Bei der Schlammentwässerung wird dem dünnflüssigen Schlamm das Wasser maximal entzogen. Je nach Schlammeigenschaft und Menge werden verschiedenen Methoden angewendet: Eine statische Entwässerung kann z. B. mit und ohne Schwingrüttler mit Hilfe von Entwässerungscontainern erfolgen. Dekanter oder Kammerfilterpressen können je nach Schlammeigenschaften ebenfalls zum Einsatz kommen. Durch die maximal mögliche Entwässerung erfolgt eine Reduzierung des Schlammvolumens und eine Konzentrierung der Inhaltsstoffe; der Schlamm wird stichfest und kann getrennt entsorgt werden.

Das bei der Schlammentwässerung anfallende Abwasser wird anschließend bei Bedarf effizient mit den Abwassersystemlösungen von OKO-tech aufbereitet.

Die Filtration ist ein Verfahren zur Trennung oder Reinigung von Stoffen, meist einer Suspension. Filtration gehört zu den mechanischen Trennverfahren, in denen Filtermaterialien einen Widerstand gegenüber den Partikeln des zu trennenden Gemisches darstellen, welcher durch Druck oder Vakuum überwunden werden muss.

OKO-aquaclean Flotationsanlagen stellen wegen des Verzichts auf Filtermaterial eine wirtschaftliche Alternative zu Filtrationsverfahren dar. Selbst schwere Partikel werden sicher aufgeschwemmt und abgetrennt, was durch den weitverbreiteten Einsatz der Flotation zur Erzaufbereitung eindrucksvoll belegt wird.

In Ölabscheidern wird freies Öl durch Schwerkraft von Wasser getrennt. Maßgebliches Kriterium für die Abscheideleistung ist die Verweilzeit. Die Auslegung und der Betrieb von Ölabscheideanlagen ist in der EN 858 geregelt. Finden sich mechanisch emulgierte Öle im Wasser, spricht man von instabilen Emulsionen, die durch den Einsatz von Koaleszenzabscheidern getrennt werden können. Die Wirkung dieser Anlagen beruht auf dem Prinzip der Koaleszenz, der Förderung des Zusammenfließens von kleinen Ölpartikeln zu großen Öltropfen. Damit können auch kleinste Öltropfen nach dem Schwerkraftprinzip aufschwimmen und abgetrennt werden.  Die Basisversionen aller OKO-aquaclean Anlagen sind nach EN 858 als Koaleszenzabscheider konzipiert und haben sich in der Bauart als mobile Ölabscheider und Anlagen zur Grundwassersanierung sowie zur Kühlschmierstoffpflege tausendfach bewährt.

Hinweis: bei Waschbedingungen von >60°C und >60 bar sowie dem Einsatz von emulgierenden Reinigern ist in der Regel der Einsatz einer Emulsionsspaltanlage (EBS – emulsion breaking system gemäß EN 858) notwendig. OKO-aquaclean Ölabscheider können für den Einsatz als Opens internal link in current windowEmulsionsspaltanlagen ausgerüstet werden.

Verdampfung ist ein thermisches Verfahren zur Abwasserreinigung. Es wird eingesetzt, um nicht wasserdampfflüchtige Stoffe vom Wasser zu trennen. Durch Erhitzen verdampft das Wasser und wird anschließend wieder kondensiert. Zurück bleibt ein Konzentrat mit den nichtflüchtigen Bestandteilen des Abwassers und kondensiertes Wasser. Kristalline Chemikalien können durch das Verdampfen zurückgewonnen werden.

Im Vergleich zu anderen Aufbereitungsverfahren, wie Membranverfahren, Emulsionsspaltung oder Filtration benötigt das Verdampfen erheblich mehr Energie, da das Abwasser kontinuierlich durch elektrischen Strom oder Heißdampf stark erhitzt werden muss. Wegen des großen Energieaufwands wird das Verfahren nur dann eingesetzt, wenn Abwässer eine sehr hohe Konzentration an gelösten Feststoffen aufweisen und andere Technologien zur Wasserreinigung nicht sinnvoll sind.

Dies gilt zum Beispiel für stark emulsionshaltige Abwässer, elektrolythaltiges Spülwasser oder salzhaltiges Wasser aus Warmbädern.

Ein für die Industrie wichtiges Argument für die Anwendung einer Verdampfungstechnologie ist die Möglichkeit der (Rück-) Gewinnung von Elektrolyten, Salzen oder wertvollen Chemikalien aus Abwässern oder anderen Flüssigkeiten. Man nennt dieses Verfahren auch Kristallisationsverfahren und die dafür eingesetzten Technologien Kristallisatoren.  Der Vorteil dabei: die (wieder-) gewonnenen kristallinen Produkte können je nach Qualität erneut verwendet oder abwasserlos auf einer Deponie entsorgt werden. Das gewonnene kondensierte Wasser eignet sich als Brauchwasser für die Wiederverwendung im Produktionsprozess.  

In Zeiten von steigender Wasserknappheit besinnt sich die Industrie auf Möglichkeiten der Abwasservermeidung durch abwasserlose Systeme, sogenannte Zero Liquid Discharge Systeme (ZLD). Dafür können neben anderen Reinigungsverfahren auch Verdampfungstechnologien genutzt werden.  Der Vorteil: Die Abwassereinleitung kann minimiert werden.

Je nach Art des Abwassers kommen unterschiedliche Verdampferarten zum Einsatz, wie z.B. Normaldruck- und Vakuumverdampfer mit mechanischer oder thermischer Brüdenverdichtung (MVR oder TVR), Fallfilm- oder Steigfilmverdampfer , Wärmepumpenverdampfer und Bauformen mit Naturumlauf oder Zwangsumlauf des zu verdampfenden Mediums.

Eine Verdampfungsmethode ist zum Beispiel die Dünnschichtverdampfung, bei der das emulsionshaltige Abwasser über heiße Flächen läuft. Dabei verdampft das Wasser und übrig bleiben Ölrückstände, die wiederum für die Verbrennung eingesetzt werden können.

Für die Rückgewinnung von Elektrolyten aus Spülwasser werden überwiegend Naturumlaufverdampfer eingesetzt. Diese arbeiten meist mit Unterdruck. Das Abwasser wird mit einer Vakuumpumpe in die Apparatur eingesaugt und mittels Dampf erhitzt. Der Dampf gelangt in das Trenngefäß, wo aus das Konzentrat in einem Behälter aufgefangen wird. Anschließend gelangt der heiße Dampf in einen Kondensator, wo er sich als Wasser niederschlägt.