Schadstoffen zu Leibe gerückt

Autor Jochen Schuhmacher Vertriebsingenieur Wassertechnik, Eisenmann

Die Einleitung von industriellen Abwässern in Oberflächengewässer oder in kommunale Kläranlagen ist weltweit zunehmend restriktiveren gesetzlichen Bestimmungen unterworfen. In Deutschland sind die CSB-Grenzwerte für die chemische Industrie im Anhang 22 der Abwasserverordnung festgelegt. Das geforderte Ausmaß der Absenkung des CSB vor der Einleitung ist somit von der jeweiligen Ausgangsbelastung abhängig. Für kritische Einzelstoffe können lokale Entscheidungsträger darüber hinaus individuelle Grenzwerte erlassen.

Bei industriellen Abwässern, die schwer abbaubare bzw. toxische Komponenten enthalten, reicht eine konventionelle biologische Abwasserreinigung nicht aus. Daher müssen kritische Teilströme separat behandelt werden. Das aktuell gebräuchliche Verfahren, die Verbrennung solcher Abwässer, ist kosten- und energieintensiv. Alternativ können Teilströme vor ihrer Rückführung in eine bestehende biologische Behandlung nasschemisch oxidiert werden. Als Oxidationsverfahren eignet sich der auf der Fenton-Reaktion basierende Fentox-Prozess, da er einfach handhabbar ist und sich durch einen geringen Energiebedarf bei hoher Effizienz auszeichnet. In einer durch Eisen(II)-Ionen katalysierten Reaktion entstehen im sauren Milieu und unter Wärmezufuhr aus Wasserstoffperoxid Hydroxyl-Radikale, die organische Schadstoffe zu abbaubaren organischen Produkten und/oder CO2 oxidieren.

Um Kosten und Oxidationsmittel zu sparen, kann der eigentlichen Fentox-Anlage bei Bedarf ein Schlammfilter vorgeschaltet werden. Die Fenton-Reaktion wird nach Erwärmung des Abwassers durch Zugabe von Eisen(II)sulfatlösung und Peroxid gestartet. Die Oxidation findet in zwei in Reihe geschalteten Rührkesseln statt, wobei beim Übergang vom ersten in den zweiten Reaktor Peroxid nachdosiert wird. Durch diesen zweistufigen Prozess wird der Umsatz erhöht, der Bedarf an Eisen(II)sulfat verringert und die Schlammbildung reduziert. Bei der anschließenden Neutralisation des Abwassers kommt es zur Ausfällung von Eisenhydroxid. Durch diesen Prozess flockt ein Teil der organischen Verbindungen mit aus und kann durch Sedimentation aus dem Abwasser entfernt werden. Oxidation und Flockung tragen beim Fentox-Verfahren bei vielen Anwendungen in gleichem Ausmaß zur CSB-Elimination bei. Eine entsprechende Anlage ist problemlos in bestehende Großanlagen, beispielsweise vor eine biologische Abwasserbehandlung, integrierbar.

Der Fentox-Prozess ist aufgrund seiner guten Oxidationskapazität für eine Vielzahl industrieller Abwässer und Inhaltsstoffe (z. B. AOX, cyanid-, arsen- und nitrithaltige Verbindungen) geeignet und kann auch zur Behandlung gefärbter, trüber und klebriger Abwässer eingesetzt werden. Belastungsschwankungen sind für den Prozess kein Problem, da die Dosierung der Chemikalien der Ausgangskonzentration der Schadstoffe bzw. dem Behandlungsziel (CSB-Abnahme bzw. CSB-Abflusskonzentration) angepasst werden kann. Das Diagramm zeigt an einem Beispiel den Zusammenhang zwischen der CSB- beziehungsweise AOX-Abnahme und der Aktivsauerstoff (AO)-Rate (Verhältnis von eingesetztem Peroxid zur CSB-Eingangskonzentration in Prozent). Der Großteil der anfallenden Kosten entsteht durch den Verbrauch von Wasserstoffperoxid und bei der Schlammentsorgung.

Aktuell werden Fentox-Anlagen bereits in verschiedenen Bereichen im industriellen Maßstab verwendet. Ein süddeutsches Entsorgungsunternehmen nutzt den Prozess zur Vorbehandlung von 12 m³/h Deponiesickerwasser und toxischer Abwässer industrieller Kunden. Dadurch wird die biologische Abbaubarkeit für die nachfolgende biologische Klärstufe verbessert. Da das Ausmaß der Belastung und die Abwasserqualitäten stark schwanken, ist eine hohe Flexibilität des Prozesses erforderlich. Mit dem Fentox-Prozess gelingt auch eine Reinigung bis zur Direkteinleiterqualität. Die bei einem Pestizidhersteller anfallenden Abwässer werden nach Behandlung in einer Fentox-Anlage nach einer Aktivkohlefiltration in den Rhein eingeleitet. Bei einer Abwassermenge von bis zu 5 m³/h wird in dieser Anlage eine CSB- und AOX-Reduktion von mehr als 95 % beziehungsweise 99 % erreicht.

Ein chinesisches Tochterunternehmen eines deutschen Silikonherstellers nutzt die während des Fentox-Prozesses auftretende Koagulation und Flotation von im Abwasser enthaltenen Ausgangsstoffen. Durch die Rückgewinnung von Edukten für die Silikonherstellung können die Betriebskosten gesenkt werden. Darüber hinaus wird der CSB des Abwassers bei einer AO-Rate von 10 % von etwa 20 g/l auf unter 1 g/l reduziert. Der Fentox-Prozess eignet sich auch zur Behandlung von Abwässern mit speziellen, schwer abbaubaren organischen Inhaltsstoffen. Die in einer Papierfabrik auftretende erhöhte Konzentration einer toxischen Komponente im Ablauf der biologischen Abwasseranlage kann durch eine separate Behandlung der kritischen Abwasserströme (1,5 m³/h) gesenkt werden. Mit einer AO-Rate von nur 25 % verringert sich die CSB-Belastung von über 35 g/l auf unter 0,6 g/l und die Einzelstoffkonzentration der toxischen Komponente um mehr als 99,95 %.

Bei Kundenanfragen führt Eisenmann in seinem Entwicklungszentrum in Holzgerlingen Laborversuche mit Originalabwasserproben durch. Dadurch können für jeden Einzelfall die optimalen Betriebsparameter bestimmt und ein sicheres Up-scale gewährleistet werden. Darüber hinaus stehen mobile Containeranlagen mit einer Kapazität von 100 l/h zur Verfügung.

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