Reaktionstrennmittel und Vakuumfiltration

Rainer Oeh, Klaus Speidel

Als Reaktionstrennmittel werden Einsatzstoffe in der Abwasserbehandlung bezeichnet, die mehrere chemisch-physikalische Schritte zur Reinigung des Abwassers in der Regel in einem einzigen Arbeitsvorgang bewältigen. Sie stellen somit intelligente Lösungen dar, die dem konventionellen Verfahren, z. B. mit Aluminium- oder Eisenchlorid weit überlegen sind. Der wirtschaftliche Vorteil resultiert aus dem reduzierten Investitionsaufwand, den verminderten Wartungskosten, sowie dem oft verkleinerten Schlammaufkommen.

Reaktionstrennmittel sind keine festen, starren Produkte. Sie sind eine Kombination hochaktiver Wirkstoffe, die den Spalt-, Adsorptions- und Ionenaustauschprozess in einer Formulierung vereinigen und durch definierte Zugabe von ausgewählten Additiven bestimmte Eigenschaften verstärken. Neue wirkungsvolle Schwermetallfällungsmittel ergänzen den Einsatz von Reaktionstrennmitteln.

Konventionellen Abwasserbehandlungsanlagen, welche unter Einsatz von Metallsalzen betrieben werden, liegt in der Regel ein aufwändiges Verfahren zugrunde: Ansäuerung mit FeCl3, Neutralisation mit Ca(OH)2, Zugabe von Flockungshilfsmitteln, Separation der Klarwasserphase und anschließende Schlammentwässerung. Die Gesamtanlage ist aufgrund der Prozessführung und der damit notwendigen Steuerungstechnik relativ komplex, der Investitions- und Wartungsaufwand hoch und der Schlammanfall enorm. Des Weiteren erfährt das Abwasser durch Zugabe herkömmlicher Chemikalien eine nicht unerhebliche Aufsalzung, was eine Wiederverwendung des Wassers in den meisten Fällen nicht mehr zuläßt.

Da die Entwicklung von Reaktionstrennmitteln gerade in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht hat, stehen nun elegante Lösungen der Abwasserbehandlung zur Verfügung, die

• den Einsatz von Metallsalzen in vielen Fällen überflüssig machen, und so häufig eine Wiederverwendung der behandelten Abwässer zulassen,

• sehr unempfindlich auf Schwankungen der Eingangsbedingungen im Abwasser reagieren und damit in vielen Anwendungen den herkömmlichen anorganischen und organischen Spaltern überlegen sind,

• den physikalischen Trennverfahren dort vorzuziehen sind, wo deren Anwendbarkeit auf technische und wirtschaftliche Grenzen stößt.

Nach einer erfolgreichen Vorbehandlung des Abwassers entsteht eine Klarphase, die separat abgezogen werden kann und ein Dünnschlamm, der der Entwässerung – in der Regel einer Kammerfilterpresse – zugeführt wird. Ist nach der Fällung/Flockung keine ausgeprägte Klarphase erreichbar, weil z. B. die Abwasserzusammensetzung variiert, so wird die Entwässerung zum Teil sehr schwierig oder ist nicht erfolgreich. In diesem Extremfall ist dann das gesamte Abwasser als Dünnschlamm anzusehen und muss komplett entwässert werden.

Bei solchen Situationen kommt die Kammerfilterpresse mit der Menge des schlecht sedimentierbaren Dünnschlamms unzureichend zurecht, da die abzufiltrierende Abwassermenge zu groß ist. Gelingt es, den Dünnschlamm vorher unter Beibehaltung einer sauberen weitgehend partikelfreien Klarphase aufzukonzentrieren, wird die Kammerfilterpresse der gestellten Aufgabe weit besser gerecht.

Dies ist die Aufgabenstellung der Vakuumfiltration, die mit unterschiedlichen Filterelementen, ausgebildet als Scheibenfilter, bestückt werden kann.

Mit dieser Behandlungsstufe kann man großräumige Sedimentations- oder Flotationsbehandlungsanlagen mit hohem Platzbedarf einsparen. Das filtrierte Klarwasser wird ordnungsgemäß in den Kanal eingeleitet oder zur Wiederverwertung rückgeführt. Der voreingedickte, noch pumpfähige Schlamm belastet durch die Mengenreduktion die Kammerfilterpresse erheblich weniger oder steht einer weiteren Entwässerungsmaßnahme zur Verfügung (Trocknung). Die Entwässerung wird dadurch sicherer; in der Regel kann die Kammerfilterpresse erheblich kleiner ausgelegt werden.

In vielen Anwendungsfällen wird eine Vorbehandlung des Abwassers zur Flockenbildung vorgeschaltet. Ist eine Flocke und eine Klarphase bereits vorhanden, kann die Vakuumfiltration direkt eingesetzt werden. Das Abwasser wird in einen offenen Filtrationsbehälter mit fest installierten Filterscheiben geleitet.

Die Filterscheiben sind übereinander gestapelt und im Behälter kreisförmig angeordnet. Von außen sind die Filterscheiben mit dem Abwasser benetzt, im Inneren sind sie mit dem filtrierten Klarwasser gefüllt und mit einer Kreiselpumpe nach außen verbunden. Die Kreiselpumpe saugt das Klarwasser ab und bewirkt den Filtrationsvorgang. Damit sich auf der äußeren Oberfläche keine Ablagerungen bilden wird mit Hilfe eines Rührers das Wasser in horizontaler Richtung leicht bewegt und die möglichen Ablagerungen vermieden. Die Flocke wird somit geschont.

Diese Filtrationsart unterscheidet sich von den üblichen Mikro- und Ultrafiltrationen dadurch, dass keine Abtrennung im Sinne einer klassischen Spaltung mit den dabei erforderlichen hohen Drücken und Durchsätzen erfolgt. Da eine Flocke und eine Klarphase bereits vorhanden oder durch eine Vorbehandlung geschaffen wird, erfolgt diese Abtrennung erheblich einfacher. Der Vakuumfilter als Oberflächenfilter ersetzt auch den klassischen Kiesfilter als Tiefenfilter, da kein Fouling auftritt und gesonderte Reinigungen entfallen.

Diese Filtration erlaubt es,

• den Trennvorgang von Mikroflocken im Abwasser und Klarwasser erheblich zu beschleunigen,

• die Investition von großen Sedimentations- oder Flotationsanlagen zu vermeiden,

• die nachfolgende Entwässerung zu vereinfachen, da ein Großteil der Klarphase bereits abgezogen wurde und der Dünnschlamm einen Trockensubstanzgehalt von 5 bis zu 10 % nach der Filtration aufweist ,

• viele Schlämme mit verschmierenden Eigenschaften in der Kammerfilterpresse zu entwässern. Eventuell notwendiges Strukturmaterial zur Konditionierung wird in einer wesentlich kleineren Menge dem stark eingedickten Dünnschlamm zugegeben.

Ausgehend von 1000 l Abwasser wird bei der klassischen Behandlung die Kammerfilterpresse oder sonstige Entwässerungssysteme mit etwa 300 l Dünnschlamm mit einem TS-Gehalt von etwa 1% beaufschlagt. Bei einer schlechten oder nicht ausgeprägten Klarphase muss möglicherweise das gesamte Abwasservolumen von bis zu 1000 l als Dünnschlamm dem Entwässerungssystem zugeführt werden.

Beim Einsatz der Vakuumfiltration ist eine Voreindickung auf ca. 5 bis 10% des Dünnschlamms möglich; dies bedeutet, dass ein Restanteil von nur ca. 60 l dem Entwässerungssystem (z. B. der Kammerfilterpresse) zugeführt werden muss.

Die Kombination beider oder der Einsatz einer der beiden Systeme – Reaktionstrennmittel und Vakuumfiltration – führt in der Regel nicht nur zu technischen Verbesserungen, sondern auch zu verminderten Kosten. Sedimentationsanlagen sind Einheiten, deren Unterbringung wegen der Größe oft Schwierigkeiten bereiten. Flotationsanlagen sind in der Regel mit hohen Investitionskosten und einer verfahrenstechnischen Komplizierung verbunden.

Aus einer Vielzahl von Anwendungen sind hier repräsentativ einige aufgezählt:

• Filtration zur Öl- und Fettabscheidung

• Abtrennung von lipophilen Stoffen aus Prozesswässern im Schlachtbetrieb

• Voreindickung von Lackschlämmen

• Dünnschlammeindickung in biologischen Anlagen

• Dünnschlammeindickung in der chemischen Industrie

• Ersatz von Flotationsanlagen oder Sedimentationanlagen in der Druck- industrie

• Einsatz in der Farbindustrie

• Voreindickung für Dünnschlämme unterschiedlichster Art für Entsorgungsunternehmen

• Ersatz eines Kiesfilters zur Schlussfiltration oder Aufbereitung von Prozesswasser

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