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Ozon reinigt Industrieabwässer

Oxidationsmittel für biologisch schwer abbaubare Schadstoffe
Ozon reinigt Industrieabwässer

Der aktive Sauerstoff Ozon ist für die Branchen Chemie und Pharmazie zu einem verbreiteten Oxidationsmittel geworden. Die klassische Anwendung von Ozon liegt dabei in der umweltfreundlichen Aufbereitung und Behandlung von Trinkwasser, Kühl- und Prozesswasser, Deponiesickerwasser oder schadstoffbelasteten Industrieabwässern.

Dipl-Ing. Berthold Müller

Für biologisch nicht oder schwer abbaubare Abwasserschadstoffe stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Zu den physikalischen Verfahren gehören die Umkehrosmose, die Ultrafiltration, das Eindampfen oder die Adsorption. Für industrielle Abwässer werden chemisch-oxidative Reinigungsmethoden bevorzugt wie die Verbrennung, die Nassoxidation mit Sauerstoff oder die chemische Oxidation mit Wasserstoffperoxid, Chlor oder Ozon. Dabei zeichnen sich vor allem die Nassoxidation und die Ozonung durch sehr geringe Sekundärbelastungen aus. Ozon hinterlässt keine schädlichen Rückstände, da es bei seinem Einsatz zu Sauerstoff zerfällt. Bei der Chlorierung hingegen können unter Umständen Chloramine, Chlorphenole und andere umwelt- und gesundheitsschädigende chlorierte Kohlenwasserstoffe auftreten. Zudem gehört Ozon zu den stärksten Oxidationsmitteln. Es besitzt ein deutlich höheres Oxidationspotential als beispielsweise Wasserstoffperoxid (Tabelle).
Ozonerzeugung
Das Ozon wird durch elektrische Energie nach dem Prinzip der stillen elektrischen Entladung aus Luft oder technischem Sauerstoff hergestellt. In einer Ozon erzeugenden Einheit ist die galvanische Trennung zwischen Anode und Kathode durch Komponenten aus speziellen Glas- oder keramischen Werkstoffen realisiert. Ein zusätzlicher Luftspalt, durch den das Prozessgas geführt wird, vergrößert den Abstand zwischen den Elektroden. In diesem Luftspalt findet die Ozonerzeugung statt, sobald ein entsprechend starkes elektrisches Feld auf das sauerstoffhaltige Prozessgas wirken kann. Die Ozonerzeuger sind überwiegend von konzentrischem Aufbau, da die freigesetzte Energie zur Erwärmung des Gesamtsystems führt und diese Energie dann auf der Basis eines Rohrbündelwärmetauschers abgeführt werden muss. Das Equipment zur Ozonerzeugung umfasst neben dem Ozonerzeuger noch Reaktionsbehälter, Eintragstechnik für Ozon, gegebenenfalls Restozonvernichter, Kühlung, Rohrleitungen, Mess- und Regelungstechnik, Lufttrocknung oder Sauerstofftank (Abb. 1). Installiert werden die Anlagen auf Rahmen oder in Containern, alle ozonberührenden Teile bestehen aus Edelstahl. Die Herstellung von Ozon erfolgt durchgehend in geschlossenen Systemen.
Betriebsmittel Sauerstoff
Der Ozonanteil im Reaktionsgemisch liegt zwischen 20 bis 50 g/m³ beim Einsatzgas Luft und 100 bis 200 g/m³ beim Einsatzgas Sauerstoff. Zahlreiche Anwendungen in der chemischen Industrie erfordern sehr hohe Ozonkonzentrationen. Deshalb wird zunehmend Sauerstoff anstelle von Luft als Betriebsmittel eingesetzt. Damit verbunden ist ein weiterer Vorteil. Da Luft über 78 Vol.-% Stickstoff enthält, können bei der Ozonung gleichzeitig auch Stickstoffoxide entstehen. Durch den Einsatz von reinem Sauerstoff wird dieser Effekt vermieden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit stellen beispielsweise Wasserwerke von Luftsystemen auf Sauerstoffsysteme um.
Industrieabwasser reinigen
Heute gehört die Ozonung zu den Standardverfahren in der chemischen Industrie. Auch die BASF Schwarzheide GmbH setzt bei der Abwassereinigung seit 1994 auf Ozon (Abb. 2). Das Unternehmen ist spezialisiert auf die Herstellung unter anderem von Kunststoffen, Pflanzenschutzmitteln, Lacken und Lackrohstoffen. Durch die partielle Oxidation mit Ozon werden die im Abwasser enthaltenen Schadstoffe wie Nitrokresole biologisch abbaubar. Das vorbehandelte Abwasser gelangt so mit einem niedrigen toxischen Potential in die biologische Reinigungsstufe.
Doppelnutzung von Ozon
Ein weiteres Einsatzbeispiel ist die Papierfabrik Lang Papier in Ettringen. Sie nutzt zur Abwasserreinigung ebenfalls die Vorteile von Ozon. Bei einer Jahreskapazität von über 550 000 t Papier fallen pro Tag maximal 14 000 m3 Abwasser an. Der Einsatz des hochreaktiven Oxidationsmittels ist notwendig, um die gesetzlich vorgeschriebenen CSB-Ablaufwerte sicher einhalten und sogar unterschreiten zu können. Die schwer abbaubaren Bestandteile im Abwasser (z. B. Lignin), die bei der Holzschliffproduktion und Altpapieraufbereitung anfallen, werden durch Ozon in biologisch leicht abbaubare Stoffe umgewandelt. Die Ozonkapazität der installierten Effizon-Ozonanlage beträgt 100 kg/h bei einer Konzentration von 180 g Ozon/m³ Sauerstoff. Das Unternehmen kombiniert bei der Abwasserbehandlung chemisch-oxidative Prozesse mit der biologischen Abwassereinigung (Abb. 3). Besonderes Merkmal ist dabei die Doppelnutzung von Ozon. Der dreiatomige Sauerstoff zerfällt bei den chemisch-oxidativen Prozessen zu gewöhnlichem Sauerstoff. Dieser wird dann direkt über Ejektoren in die vorgeschaltete aerobe biologische Reinigungsstufe eingetragen.
Abwasserbehandlung
E cav 256
Ozonerzeugung
E cav 257
ABWASSERREINIGUNG Vorteile von Ozon
• Sehr hohes Oxidationspotential,
• große Effizienz (Entfärbung, Entkeimung, Geruchsneutralisation),
• reststofffreie Beseitigung von Schadstoffen im Abwasser,
• Entgiftung durch Abbau von Verunreinigungen (Phenole, Cyanide), Aceton, chlorierten Pflanzenschutzmitteln, Reinigungsmitteln, Öl, Farbstoffen sowie gesundheitsschädigenden Inhaltsstoffen aus Industrie, Landwirtschaft und Haushalten,
• keine schädlichen Nebenprodukte,
• keine Transportrisiken, da Produktion vor Ort,
• einfach und zuverlässig zu betreiben.
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