Unlösliche Verunreinigungen / Mechanische Abtrennung

Unlösliche Inhaltsstoffe im Abwasser der chemischen Industrie können aus inerten Stoffen bestehen, wie Staub aus der Regenwasserkanalisation oder Sand (Ballast in Rohstoffen, wie Kalk). Sie können aber auch aus gefähr-lichen Stoffen bestehen, wie Schwermetallen und ihren Verbindungen. Diese fallen bei den Fällungsverfahren vorangehender Behandlungsverfahren oder bei Produktionsprozessen an, bei denen Katalysatoren eingesetzt werden. Sogar Dioxine können an feste Inhaltsstoffe adsorbiert werden (z. B. der Katalysator aus der Herstel-lung von Vinylchlorid mittels Oxychlorierung). Auf der anderen Seite muss es sich bei unlöslichen Verunreini-gungen nicht unbedingt um Feststoffe handeln. Mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeiten, wie Öle, Stoffe mit öliger Konsistenz, Fette und Kolloide gehören ebenfalls zu dieser Kategorie. Abwasser, das unlösliche Verun-reinigungen enthält, muss für gewöhnlich durch die oben beschriebenen Trennverfahren davon befreit werden.

3.3.4.1.1 Abtrennung von Feststoffen in Sandfängen

Beschreibung

Sandabscheidung besteht in der Entfernung von Sand aus dem Regenwasser. Zu diesem Zweck werden Sand-fänge eingesetzt, da sich sonst der Sand an unerwünschten Stellen ablagern würde und damit die Behandlungs-verfahren stören und zu einem raschen Verschleiß der Pumpen führen würde [cww/tm/132].

Sandfänge sind Bestandteil der AWBA und befinden sich für gewöhnlich unmittelbar hinter der Rechenanlage als Schutz vor groben und fasrigen Materialien. Sie sind so ausgelegt, dass sie die erforderliche Fliessge-schwindigkeit (etwa 0,3 m/s) einhalten können. Dadurch wird nur Sand abgetrennt, während die leichteren Feststoffe im Abwasserstrom verbleiben.

Es gibt drei unterschiedliche Arten von Sandfangtypen [cww/tm/132]:

 der kanalförmige, horizontal durchflossene Langsandfang, bei dem die erforderliche Fliessgeschwindigkeit durch Zusammenwirken mit einem Venturi-Gerinne aufrecht erhalten wird, geeignet für stark schwankende Abwasserströme (Abbildung 3.6) [cww/tm/132];

Abbildung 3.6: Langsandfang Influent = Zulauf; Effluent = Ablauf

 der Rundsandfang, bei dem das Wasser tangential zugeleitet wird, was dazu führt, dass der Wasserkörper in Rotation versetzt und der Sand in die Mitte gespült wird, um dort mit einem Druckluftheber entfernt zu werden. Für stark schwankende Zuflussmengen ist dieser Sandfangtyp weniger geeignet (Abbildung 3.7) [cww/tm/132];

Abbildung 3.7: Rundsandfang

Compressed air = Druckluft; Effluent = Ablauf; Influent = Zulauf

 der belüftete Sandfang, bei dem die Rotation des Wasserkörpers durch Einblasen von Luft erreicht wird, so dass die erforderliche Fliessgeschwindigkeit am Boden des Sandfanges erreicht wird. Bei diesem Typ gibt es keine Probleme bei schwankenden Zuflussmengen (Abbildung 3.8) [cww/tm/132].

Abbildung 3.8: Belüfteter Sandfang Compressed air = Druckluft; Sand = Sand

Für den abgetrennten Sand sind bis zu seinem Austrag Speicherräume erforderlich.

Anwendung

Sandfänge werden eingesetzt, wenn in der AWBA auch Regenwasser mit zu behandeln ist, das normalerweise viel Sand mit sich führt [cww/tm/132].

Anwendungsgrenzen und Beschränkungen:

Grenzen / Beschränkungen

Fliessgeschwindigkeit Fliessgeschwindigkeit von etwa 0,3 m/s erforderlich, um sicherzu-stellen, dass nur Sand abgetrennt wird

Schwankungen der Zuflussmenge

Beschränkungen der Zuflussmenge, abhängig vom Sandfangtyp

Vorteile und Nachteile

Nicht relevant – notwendige Ausrüstung.

Erreichbare Emissionswerte/ Wirkungsgrade

Sandfänge werden nicht aus Umweltschutzgründen, sondern zum Schutz der nachgeschalteten Anlagen einge-baut.

Medienübergreifende Wirkungen

Das abgetrennte Sandfanggut muss entsorgt oder, abhängig von den Verunreinigungen, anderweitig verwendet werden.

Verbrauchsmaterial ist die elektrische Energie für die Versorgung der Abwasserpumpen und dem Einblasen von Luft.

Abhängig von der behandelten Abwasserart trägt der Sandfang als Teil der Abwasserbehandlungsanlage zu den Emissionen von Lärm und Gerüchen der Gesamtanlage bei. Eine Kapselung der Anlage kann erforderlich sein.

Überwachung

Die erforderliche Fliessgeschwindigkeit des Abwassers von 0,3 m/s muss überwacht werden.

3.3.4.1.2 Sedimentation von Feststoffen

Beschreibung

Bei der Sedimentation – oder Klärung – werden suspendierte Teilchen und Leichtstoffe durch Absetzen mit Hilfe der Schwerkraft entfernt. Die abgesetzten Feststoffe werden als Schlamm am Boden abgezogen, während die Leichtstoffe von der Wasseroberfläche abgeschöpft werden. Wenn die Teilchen nicht durch einfache Schwerkraft entfernt werden können, z. B. weil sie zu klein sind, ihre Dichte zu nahe an der des Wassers liegt oder sie Kolloide bilden, werden spezielle Chemikalien zugefügt, um ein Absetzen der Feststoffe zu bewirken, z. B.:

 Aluminiumsulfate (Alaun),

 Eisensulfat,

 Eisenchlorid,

 Kalk,

 Polyaluminiumchlorid,

 Polyaluminiumsulfat,

 kationische organische Polymere.

Diese Chemikalien bewirken die Destabilisierung kolloidaler und kleiner suspendierter Teilchen (z. B. Ton, Kieselerde, Eisen, Schwermetalle, Farbstoffe, gelöste organische Feststoffe, Öl in Abwasser) und von Emulsio-nen mit eingeschlosseEmulsio-nen Feststoffen (Koagulation) und/oder die Agglomeration dieser Teilchen zu Flocken, die groß genug sind, um sich abzusetzen (Flockulation). Bei der Flockulation werden auch anionische und nicht-ionische Polymere eingesetzt.

Der Einfluss der Koagulation wird beispielhaft in Tabelle 3.2 [cww/tm/27] gezeigt. Die Eliminationsraten die-ser Tabelle sollten jedoch nicht mit erreichbaren Wirkungsgraden von Behandlungstechniken verwechselt wer-den.

Stoff Elimination

[%]

Anorganisches Quecksilber 70

Cadmium und Verbindungen 98

DDT

[1,1,1-Trichlor-2,2-bis-(p-chlor-phenyl)ethan] 75-80

HCB (Hexachlorbenzol) 59

Aldrin 100

Dieldrin 50

Endrin 43

PCBs (Polychlorierte Biphenyle) 30–40

Tributylzinnverbindungen >90

Trichlorethen 36

Perchlorethen 30

Tabelle 3.2: Elimination von Schadstoffen im Abwasser mittels Koagulation

Für gewöhnlich werden folgende Sedimentatoren (oder Absetzbecken) betrieben:

 Sedimentationsbecken oder Flachbecken, entweder rechteckig oder rund, beide ausgerüstet mit einem ge-eigneten Räumer und in einer die notwendige Verweilzeit von etwa 1½ bis 2½ Stunden gewährleisteten Größe (vgl. Abbildung 3.9 als Beispiel eines Rundbeckens [cww/tm/4]);

Abbildung 3.9: Sedimentations- oder Absetzbecken

Adjustable squeegees = Verstellbare Abstreifer; Bridge = Brücke; Center pipe and influent riser pipe = Mittelrohr und Zu-laufsteigrohr; Drive cage = Antriebsgehäuse; Drive unit = Antrieb; Effluent launder = Ablaufgerinne; Effluent weir = Ab-wasserüberlauf; Handrailing = Geländer; Influent baffle = Zulaufleitblech; Influent pipe = Zulaufrohr; Maximum water sur-face = Maximaler Wasserstand; Pier cap with outlet ports = Pfeilerabdeckung mit Auslassöffnungen; Scraper blades = Schildräumer; Scum baffle = Tauchwand für Schwimmschlamm; Scum through = Schwimmschlammrinne; Scum pit = Schwimmschlammgrube; Scum pipe = Schwimmschlammrohr; Skimmer supports = Skimmerstützen; Sludge draw-of pipe = Schlammabzugsrohr; Supports = Stützen; Surface skimmer = Schwimmstofffänger (Skimmer); Swinging skimmer blade = Schwenkbares Skimmerschild; Top of tank = Oberteil des Beckens; Turntable = Drehscheibe

 vertikal durchflossenes Trichterbecken, für gewöhnlich nicht mit einer mechanischen Schlammabzugsvor-richtung ausgerüstet (vgl. Abbildung 3.10 [cww/tm/132]);

Abbildung 3.10: Trichterbecken, vertikal durchströmt Influent = Zulauf; Effluent = Ablauf; Sludge = Schlamm

 Lamellen- oder Schrägklärer, bei denen zur Vergrößerung der Sedimentationsoberfläche Platten eingebaut werden (vgl. Abbildung 3.11 [cww/tm/91]).

Die Vorrichtungen für Koagulation und/oder Flockulation sind als Bestandteil in das Becken integriert. Die bei der Koagulation notwendige schnelle Vermischung wird sichergestellt durch:

 simultane Zugabe der Flockulationshilfsmittel über mehrere Einspritzpunkte,

 wenn anwendbar, Bevorzugung von Systemen mit Pfropfenströmung

 Schnellmischer oder Mischen an der Stelle, wo das Flockulationshilfsmittel zugefügt wird, z. B. vor dem Schnellmischer, dem statischen Mischer oder den Düsen.

Bei der Flockulation kommt ein Mischbecken hinzu. Um eine hydraulische Vermischung der durch das Becken strömenden Flüssigkeit zu erreichen, werden Vertikalschnellmischer oder langsam laufende Mischer eingesetzt.

Eine teilweise Rückführung des Flockulats in den Flockulationsreaktor kann zu einer besseren Struktur des Flo-ckulats und einer optimalen Ausnutzung des Flockulationshilfsmittels führen.

Zur Entfernung störender Stoffe werden für gewöhnlich vorgeschaltet Ölabtrennung oder Emulsionsspaltung,

Die Sedimentationsvorrichtungen müssen so ausgerüstet sein, dass kein Abwasser in den Boden eindringen kann, zumindest wenn das Becken grundwassergefährdende Stoffe enthalten kann. Die Lagerbehälter für das Koagulationshilfsmittel / Flockulationshilfsmittel und den sedimentierten Schlamm müssen den Schlammeigen-schaften entsprechend ausgerüstet sein.

Abbildung 3.11: Lamellen- oder Schrägklärer

Coagulant aid = Koagulationshilfsmittel; Discharge flumes = Austrittskanal; Feed box = Speisebehälter; Feed (Influent) = Zulauf; Flash mix tank = Schnellmischbehälter; Flocculation tank = Flockungsbehälter; Flow distribution orifices = Ablauf-verteileröffnungen; Lamella plates = Lamellenplatten; Overflow box = Überlaufbehälter; Overflow (effluent) = Ablauf (Abwasser); Sludge hopper (removable) = Schlammtrichter (abnehmbar); Underflow (sludge) = Schlammabzug; Vibrator pack = Rüttler

Anwendung

Die Sedimentation ist eine für viele Zwecke und für gewöhnlich nicht allein eingesetzte Trenntechnik. Die wichtigsten Beispiele sind:

 gesammeltes Regenwasser in einem Sedimentationsbecken von festen Inhaltsstoffen, wie Sand oder Staub, zu befreien,

 Prozessabwasser von inerten Inhaltsstoffen wie Sand oder vergleichbaren Teilchen zu befreien,

 Prozessabwasser von Stoffen aus der Reaktion befreien, wie z. B. emulgierten Metallverbindungen, Poly-meren und ihren MonoPoly-meren zu befreien, unterstützt durch Zugabe geeigneter Chemikalien,

 Abtrennung von Schwermetallen oder anderen gelösten Verbindungen nach vorangegangener Fällung (vgl.

Abschnitt 3.3.4.2.1), häufig chemisch unterstützt, am Ende gefolgt von Filtrationsverfahren (vgl. Abschnitte 3.3.4.1.4 und 3.3.4.1.5),

 Entfernung von Belebtschlamm in einem Vorklärbecken oder Nachklärbecken einer biologischen AWBA (vgl. Abschnitt 3.3.4.3.5), häufig chemisch unterstützt.

Anwendungsgrenzen and Beschränkungen:

Grenzen / Beschränkungen

Teilchengröße Teilchen müssen groß genug sein, damit sie sich absetzen, ansonsten müs-sen Koagulations- und/oder Flockulationshilfsmittel eingesetzt werden Anwesenheit flüchtiger

Stoffe

Flüchtige Stoffe müssen wegen der langen Verweilzeit im Becken (und auch dem Mischvorgang bei Einsatz von Koagulation und/oder Flockula-tion) und potentiellen VOC-Freisetzungen vermieden werden

Feststoffkonzentration Keine Grenzen, vorausgesetzt, die wässrige Phase ist noch abtrennbar pH (im Falle von

Koagula-tion/ Flockulation)

Kontrolle des pH-Bereiches während des Verfahrens notwendig, ansons-ten schlechte Reinigungsergebnisse

Emulsionen stabile Emulsionen können nicht durch Koagulation / Flockulation ge-trennt oder gebrochen werden, vorangeschaltete Emulsionsspaltung erfor-derlich

Vorteile und Nachteile

Vorteile Nachteile

 Einfachheit der Anlage, deshalb keine Neigung zu Fehlfunktion.

 kann durch Zugabe von Koagulations-und/oder Flockulationschemikalien verbessert werden.

 Ungeeignet für Feinstoffe und stabile Emulsio-nen, selbst mit Koagulations- und Flockulati-onshilfsmitteln.

 Die Flocke kann andere Verunreinigungen einschließen, welche Probleme bei der Entsor-gung des Schlamms bereiten können.

Erreichbare Emissionswerte/ Wirkungsgrade

Wird die Sedimentation vor nachfolgenden Behandlungsschritten eingesetzt, dient sie dem Zweck, nachge-schaltete Anlagenteile zu schützen. Der Eliminationsgrad muss deshalb so hoch sein, dass dies erreicht wird.

Wird sie als Endbehandlung eingesetzt, hängt ihr Wirkungsgrad von den Eigenschaften der zu entfernenden Teilchen ab.

Folgende erreichbare Emissionswerte wurden berichtet:

Parameter Eliminationsgrad [%]

Emissionswert [mg/l]

Bemerkungen 60–90

TSS <10¹ nach Nachklärung einer

zentra-len AWBA Absetzbare Stoffe 90–95

Schwermetalle in dispergierter Form,

vgl. Abschnitt 3.3.4.2.1

1[cww/tm/67c]

TSS können auch dispergierte organische Stoffe enthalten. Damit vermindert die Sedimentation auch den TOC/CSB, soweit dieser feststoffgebunden vorliegt. Der Eliminationsgrad hängt jedoch davon ab, wie groß der Anteil dieses TOC am gesamten TOC ist.

Medienübergreifende Wirkungen

Sedimentierter Schlamm und Schwimmschlamm muss, falls nicht für eine Rückführung oder anderweitigen Einsatz geeignet, als Abfall entsorgt werden. Dieser Abfall kann, abhängig von der Abwasseranfallstelle, ge-fährliche Verbindungen enthalten, die eine entsprechende Behandlung erforderlich machen. Diese Verbindun-gen können Karbonate, Fluoride, Sulfide oder Hydroxide (oder Oxide) von Schwermetallen, öliger Schlamm, etc., und, unter bestimmten Umständen, sogar Dioxine sein.

Lärmquellen sind die Pumpen und die Schlammräumvorrichtungen. Die Pumpen können gekapselt werden.

Enthält das Abwasser geruchsintensive Stoffe, kann es notwendig sein das Sedimentationsbecken – oder

we-mit einem zur Vermeidung von Explosionsrisiken geeigneten Sicherheitssystem ausgerüstet werden, z. B. we-mit einem unter Druck stehenden System zur Überlagerung mit Stickstoff.

Verbrauchsmaterialien können sein:

Verbrauchsmaterial Menge

53 –93 [kg/t Öl, Feststoff]¹ Chemikalien (Flockulationshilfsmittel /

Koagulationshilfsmittel)^a 0,5– 100 [g/m³Abwasser]²

Elektrische Energie [kW]^b 0,5–1,5

Stickstoff für inerte Atmosphäre

aorganisches Polymer

bfür Beckendurchmesser von 25–35 m

1[cww/tm/96]

2[cww/tm/128]

Überwachung

Das abfließende Abwasser muss regelmäßig auf feste Inhaltsstoffe überwacht werden, d. h. suspendierte Fest-stoffe, absetzbare Stoffe oder Trübung. Wenn zur Verbesserung des Absetzvorgangs Chemikalien (z. B. Koagu-lationshilfsmittel, Flockulationshilfsmittel) eingesetzt werden, muss als wichtigster Betriebsparameter der pH-Wert kontrolliert werden.

Ökonomische Daten

Investitionskosten [Millionen]

Betriebskosten 1.2 EUR^a

Sedimentationsbecken

4.8 BEF^{b 1}

Lamellen- oder Schrägklärer¹ 4 BEF^c 20–100 BEF pro m³

apro 1000 m³Beckenvolumen

bAuslegung auf 100 m³/h

cAuslegung auf 25 m³/h

1[cmm/tm/128]

3.3.4.1.3 Entspannungsflotation

Beschreibung

Bei der Flotation werden feste oder flüssige Teilchen oder dispergierte Stoffe von der Wasserphase abgetrennt, indem sie sich an Luftbläschen anlagern. Die aufschwimmenden Teilchen sammeln sich an der Wasseroberflä-che und werden mit Skimmern abgeschöpft [cww/tm/4].

Zur Unterstützung der Flotationsverfahren werden gewöhnlich Flockungshilfsmittel, wie Aluminium- und Ei-sensalze, aktivierte Kieselerde und verschiedene organische Polymere eingesetzt. Neben Koagulation und Flo-ckulation haben sie die Aufgabe, eine Oberfläche oder eine Struktur zu schaffen, die in der Lage ist, die Luft-bläschen zu adsorbieren oder einzuschließen.

Es gibt drei Flotationsmethoden, die sich durch die Art der Luftzufuhr unterscheiden:

 Vakuumflotation, bei der die Luft bei Atmosphärendruck gelöst wird, gefolgt von einem Druckabfall, um Bläschen zu erzeugen,

 Ansaugentspannungsflotation (IAF), bei der feine Bläschen durch ein Ansauggerät, wie ein Venturi oder Drosselblende in das Abwasser gesaugt werden,

 Druckentspannungsflotation (DAF), wobei zunächst Druckluft (0,4–0,8 MPa, oder 1,0–1,2 MPa für Alumi-niumverbindungen) im Abwasser (oder in einem Teil des Gesamtabwassers) gelöst und danach in Form kleiner Bläschen freigesetzt wird.

Eine typische DAF-Anlage ist in Abbildung 3.12 dargestellt [cww/tm/4].

Abhängig von den Abwasserinhaltsstoffen kann es notwendig sein, das Flotationsbecken abzudecken und die Abluft einer Abgasbehandlungsanlage zuzuführen. Für die Lagerung der Flockulationshilfsmittel / Koagulati-onshilfsmittel und der abgeskimmten Stoffe sind entsprechende Einrichtungen nötig.

Abbildung 3.12: DAF-System:

a) mit Rückführung, b) ohne Rückführung

a) Air = Luft; Baffle = Trennwand; Bottom sludge collector = Bodenschlammräumer; Chemicals = Chemikalien; Chemical mix tank = Chemikalienmischbehälter; Chemical feed pump = Chemikaliendosierpumpe; Flotation tank = Flotationsbecken;

Influent feed line = Leitung für die Einspeisung des Zulaufs; Mixing = Mischer; Pressure control valve = Druckregelventil;

Pressurizing pump = Kompressor; Pressure tank = Druckkessel; Settled solids drawoff = Abzug der abgesetzten Stoffe;

Skimmer mechanism = Skimmervorrichtung; Subnatant effluent = Klarablauf; Thickened overflow = Überlauf des Flotats b) Recycled subnatant = Rückführung des Ablaufs; Auxiliary recycle connection = Rücklaufleitung für den Bedarfsfall;

(Primary tank or plant effluent) = (Primärtank oder Werksabwasser) Anwendung

Flotation wird eingesetzt, falls Sedimentation nicht geeignet ist, z. B. wenn:

 die dispergierten Stoffe schlechte Absetzeigenschaften haben (bei ungünstigem Schlammindex (SVI), gibt es jedoch keinen Vorteil gegenüber der Sedimentation);

 der Dichteunterschied zwischen den suspendierten Stoffen und dem Abwasser zu gering ist;

 es räumliche Einschränkungen am tatsächlichen Standort gibt;

 Öle und Fette entfernt werden müssen.

Beispiele sind:

 auf die Ölabscheidung folgende Behandlung sowie vor der biologischen AWBA in Raffinerien und petro-chemischen Standorten,

 Elimination von Farbstoffen und Pigmenten aus jeweiligen Produktionsabwasserströmen,

 Rückgewinnen von Produkten oder Rohstoffen, z. B. Toluol aus Toluol/Wasser-Emulsionen [cww/tm/132], Silberhalogeniden aus der Herstellung von Photochemikalien, Butylthion oder Polysilan aus Abwasser-strömen,

 Elimination von Schwermetallen aus Abwasser,

 Abtrennung von Belebtschlamm bei der biologischen Abwasserbehandlung, entweder nach oder an Stelle der Nachklärung [cww/tm/67b],

 Eindickung von Belebtschlamm aus einer biologischen AWBA.

Anwendungsgrenzen und Beschränkungen:

Grenzen / Beschränkungen Anwesende Stoffe schäumende Detergentien müssen vermieden werden

Öl Obwohl sehr wirksam bei der Entfernung von freiem Öl aus dem Abwasser, können größere Mengen an freiem Öl nicht verarbeitet werden

Vorteile und Nachteile

Vorteile Nachteile

 Geringeres Volumen erforderlich und damit geringere Investitionskosten als bei Sedimenta-tion.

 Eliminationsraten durch Änderungen der Zu-flussmenge unbeeinflusst, damit der Sedimenta-tion überlegen, vgl. Abbildung 3.13

[cww/tm/132]

 Rückgewinnung von Stoffen möglich.

 Hohe Wirksamkeit der Abtrennung, höhere Trockensubstanzgehalte als bei Sedimentation.

 Verstopfen von Ventilen möglich.

 Großes Potential für Freisetzungen von Ge-rüchen, deshalb für gewöhnlich Abdeckung erforderlich.

 Höhere Betriebskosten als Sedimentation.

Abbildung 3.13: Vergleich der Trennleistung von DAF und Sedimentation¹¹

Flotation = Flotation; Sedimentation = Sedimentation; Solids removal efficiency (%) = Feststoffabscheidegrad (%); Waste water hydraulic loading rate (m/h) = Flächenbeschickung (m/h)

Erreichbare Emissionswerte/ Wirkungsgrade

Parameter Elimination [%]

Emissionswerte [mg/l]

Bemerkungen

90–98 vgl. Abbildung 3.13

AFS

85–96¹ 10–20¹ Belebtschlamm nach der Nach-klärung, Input 20–250 mg/l 10 –20 ppm² Raffinerie, IAF und

DAF-Behandlung Öl

2–10³ Chemische Produktion, nach mehreren APIs

Metallsulfide 95² Raffinerie, IAF und

DAF-Behandlung

1[cww/tm/67b]

2[cww/tm/131]

3[cww/tm/93]

Soweit sie in Form von Feststoffen oder Tröpfchensuspension vorliegen, werden CSB/TOC eliminiert.

Medienübergreifende Wirkungen

Die abgetrennten Stoffe werden, soweit nicht recyclingfähig, als Abfall entsorgt. Die Menge hängt von den zu entfernenden Stoffen und der Menge der Koagulations- und Flockulationschemikalien ab. Diese können, ent-sprechend der jeweils eingesetzten Entspannungsflotation sehr unterschiedlich sein.

Verbrauchsmaterialien sind:

Verbrauchsmaterial DAF-Behandlung von Belebtschlamm¹

Entspannungsflotation Raffinerieabwasser ²

Druckluft^a 0,53–0,55

Dosierung Flockungsmittel mg/l^b kg/t^c

0,6–1,2 2,4–4,7

3,7 53-93

Energie [kWh/1000 m³] 20,6

adargestellt als Druckluft im Verhältnis zum Druck beaufschlagten Wasser [m³/m³]

bKonzentration des Flockungsmittels im Abwasser

cMenge des Flockungsmittels im Verhältnis zur Menge suspendierter Feststoffe im Abwasser

1[cww/tm/67b]

2[cww/tm/96]

Lärmquellen sind Pumpen, Mischer und Kompressoren, die mit ausreichenden Maßnahmen zur Lärmabschir-mung ausgerüstet sein müssen.

Falls Freisetzungen geruchsintensiver und anderer flüchtiger Stoffe zu erwarten sind, können diese durch Ab-decken der Behälter vermieden werden, oder es wird mit geschlossenem Tank gearbeitet und die Abluft einem Abgasbehandlungssystem zugeleitet.

Überwachung

Um einen verlässlichen Betrieb zu garantieren, muss die Trübung des Abwassers im Hinblick auf Störungen überwacht werden. Jegliches Entstehen von Schaum muss rechtzeitig festgestellt werden. Der Nachweis von CSB/TOC und abf. Stoffen im Abwasser ist obligatorisch.

Ökonomische Daten

Die Kosten einer Flotationsanlage sind, abhängig vom Einsatzzweck, sehr unterschiedlich:

Durchflussmenge [m³/h]

Investitionskosten [Millionen]

Jährliche Betriebs-kosten [Tausend]

DAF / Belebtschlamm¹ 1200 DM 5,0 DM 800

DAF / Raffinerie² 300–800 EUR 1,6–1,8 EUR 20–130

IAF / Raffinerie² 400–820 EUR 0,5–2,1 EUR 55–130

DAF / als dezentrale

End-behandlung³ 50 DM 4500

DAF⁴ 100 m³/h

100 m³/d

BEF 40 BEF 4

1[cww/tm/67b] incl. Investitionskosten, Ingineurplanung, Bauingineurarbeiten, Baustellenvorbereitung, etc.

2[cww/tm/48]

3[cww/tm/132] gesamte Betriebskosten, inkl. Chemikalien für Neutralisation, Fällung and Flockung, Entwäss e-rung des Flotats, Verbrennung des Schlamms

4[cww/tm/128]

Für eine DAF-Anlage werden indikative Kapital- und Betriebskosten in Abhängigkeit von der Zuflussmenge angegeben. Auch wenn diese Werte den tatsächlichen Zahlen nicht sehr nahe kommen, lassen sie eine Abschät-zung der mit zunehmenden Anlagengrößen einhergehenden Kostensteigerung zu [cww/tm/92]:

Zuflussmenge [m³/h]

Investitionskosten [Millionen GBP]

Jährliche Betriebskosten [Tausend GBP]

10 100 1000 10000

0,1 0,1 0,5 1,0

10 20–30 50–80 500-800

Die Kosten der Flotation, die bei der dezentralen Abwasserbehandlung das am weitesten verbreitete Verfahren zur fest/flüssig- Trennung ist, sind (um etwa den Faktor 10) geringer als die der Eindampfung oder der Verbrennung. Der Nutzen der Eindampfung und der Verbrennung ist jedoch größer, da sie zur vollständigen Entsorgung von hoch kontaminiertem Abwasser führen, wogegen mit Fällungs- und Flotationsverfahren nur eine Teilbehandlung eines mäßig verunreinigten Teilstroms erreicht wird. Der Sinn dieser Teilbehandlung ist auch Gegenstand einiger Diskussionen. Es bleibt eine offene Frage, ob es klug ist, 10 DM pro Kubikmeter Ab-wasser (oder 4,5 Millionen DM pro Jahr für einen AbAb-wasserteilstrom von 50 m³/h) als Betriebskosten für die Vorbehandlung eines Stromes auszugeben, der nur einen kleinen Teil des Gesamtabwassermenge eines Groß-chemiebetriebes darstellt [cww/tm/132].

Im Vergleich zur Sedimentation bietet die Flotation in vielen Fällen beträchtliche Vorteile, nicht nur bei der Wasserbehandlung und Rückgewinnung wertvoller Stoffe, sondern auch bei der Abtrennung und Eindickung von Schlamm. In der Regel führt sie zu höheren Trockensubstanzgehalten des resultierenden Konzentrats. We-gen den größeren hydraulischen Durchsätzen und kürzeren Verweilzeiten werden auch kleinere Apparatevolu-mina benötigt. Dies wiederum impliziert geringere Investitionskosten, wenn auch auf Kosten höherer Betriebs-kosten. Ein Vergleich kann für die Sedimentation einen 50 mal größeren Raumbedarf als für die Flotation er-geben. Auf der anderen Seite können die Energiekosten für Flockung/ Flotation etwa 50 mal größer sein als für die Flockung/ Sedimentation. Bei der Flotation bieten sich bessere Möglichkeiten zur Kontrolle und Anpassung an schwankende Betriebsbedingungen als bei der Sedimentation. Um aus diesen Möglichkeiten Vorteil zu schöpfen, muss gut ausgebildetes Personal verfügbar sein [cww/tm/132].

3.3.4.1.4 Filtration

Beschreibung

Bei der Filtration werden Feststoffe aus einem durch ein poröses Medium fließenden Abwasserstrom abge-trennt. Filter erfordern typischerweise Reinigungsoperationen (Rückspülung), bei denen die angesammelten Stoffe mit umgekehrter Fließrichtung von Frischwasser in ein Sedimentationsbecken zurückgespült werden (Abschnitt 3.3.4.1.2).

Allgemein gebräuchliche Filtertypen sind z. B.:

 der mit körnigen Medien gefüllte Filter oder Sandfilter, welcher als Abwasserbehandlungsanlage haupt-sächlich bei niedrigen Feststoffgehalten verbreitet eingesetzt wird (das Material des Sandfilters muss nicht wörtlich Sand sein),

 der zur Abwasserbehandlung und Abtrennung von Belebtschlammflocken eingesetzte Schwerkrafttrommel-filter, dessen Wirkungsgrad vom Material des Siebes abhängig ist,

 Rotationsvakuumfilter, gut geeignet für Filtration mit Vorbeschichtung, wird bei der Entwässerung von öli-gem Schlamm und der Deemulgierung von Altöl eingesetzt,

 Membranfilter (vgl. Abschnitt 3.3.4.1.5),

 die Bandfilterfilterpresse, die hauptsächlich zur Schlammentwässerung eingesetzt wird,

 Filterpressen, welche für gewöhnlich zur Schlammentwässerung, aber auch als fest/flüssig-Trennverfahren eingesetzt werden, geeignet bei hohen Feststoffgehalten.

Sandfilter bestehen aus einem entweder aufwärts oder abwärts durchströmten Filterbett aus körnigem Material.

Das Filterbett kann aus einem oder mehreren Materialien bestehen. Das Verfahren kann semi-kontinuierlich – Filtration und Rückspülung erfolgen nacheinander – oder kontinuierlich – Filtration und Rückspülung erfolgen gleichzeitig – durchgeführt werden. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Betriebsweisen ist:

 semikontinuierlich betriebene Sandfilter werden bis zum Durchbruch der Trübung betrieben, bis der Fest-stoffgehalt im Abwasser zu steigen beginnt, oder bis zum Erreichen eines Druckverlustgrenzwertes,

 bei kontinuierlich betriebenen Sandfiltern gibt es keinen Durchbruch von Trübung und keinen Druckver-lustgrenzwert.

Sandfilter arbeiten entweder mit Hilfe der Schwerkraft oder einer angewandten Druckkraft. In Abbildung 3.14 [cww/tm/4] wird ein Beispiel eines konventionellen abwärts durchflossenen Mehrschichtschwerkraftfilters und in Abbildung 3.15 [cww/tm/4] ein Beispiel eines Druckfilters gezeigt.

Trommelfilter bestehen aus einem Zylinder, auf dem die Filteroberfläche aufgewickelt ist. Sie werden entweder als Schwerkrafttrommelfilter, der auf der Innenseite oder auf der Außenseite beaufschlagt werden kann, oder mit einer Vakuumpumpe verbunden als Rotationsvakuumfilter mit innen und außen geschlossener Trommel betrieben. Der Filterkuchen wird mit unterschiedlichen Mitteln von der Trommel entfernt. Ein Beispiel zeigt Abbildung 3.16 [cww/tm/132].

Bandfilterpressen und Filterpressen werden als typische Schlammentwässerungsanlagen in Abschnitt 3.4.1 be-schrieben.

Filtermedien können mit Hilfe von Kriterien charakterisiert werden, wie [cww/tm/132]:

 Abschneidegröße, d. h. der Teilchengröße, die gerade noch das Filtermedium passieren kann,

 Permeabilität, wobei hohe Permeabilität durch geringen Druckabfall gekennzeichnet ist,

 chemische Stabilität hinsichtlich des Filtrats,

 Neigung zu Verblockungen, insbesondere des Gewebes bei der Kuchenfiltration,

 mechanische Festigkeit in Bezug auf Belastungen, die durch Rückspülen oder die Bewegung der Filterge-webe auftreten,

 glatte Oberfläche, um die Entfernung des Kuchens zu erleichtern.

Abbildung 3.14: Konventioneller abwärts durchströmter Mehrschichten-Sandfilter

Backwash water (Usually filtered and chlorinated secondary effluent) = Rückspülwasser (Rückgeführtes Abwasser, für ge-wöhnlich filtriert und chloriert); Controller = Regler; Drain = Kanalisation; Drain effluent = Abwasserablauf; Effluent level during filtering = Abwasserstand während Filtration; Gravel = Kies; Influent = Zulauf; Sand = Sand; Underdrain system = Entwässerungssystem; Water level during backwashing = Wasserstand während Rückspülung; Washwater trough = Wasch-wassertrog

Abbildung 3.15: Druckfilter

Baffle plate = Ablenkblech; Concrete fill = Betonfüllung; Effluent = Ablauf; Filtering surface = Filteroberfläche; Filter me-dium = Filtermeme-dium; Gravel = Kies; Influent = Zulauf; Manifold and laterals = Sammelrohr mit Ansatzstücken; Sample faucet = Probenahmehahn

Abbildung 3.16: Rotationsvakuumfilter

a Entwässerungszone, b Rotationsventil, c Absetzzone, d Ansaugzone Filtrate = Filtrat; Cake discharge = Filterkuchenabwurf; Slurry = Flüssigschlamm

Suspensionen, die aus relativ feinen, weichen oder komprimierbaren Feststoffen bestehen, verfüllen oder verstopfen häufig das Filtermedium, falls das Verstopfen nicht durch Filterhilfen vermieden wird. Dies sind inerte, gut filtrierbare körnige Materialien. Diese Filterhilfen bilden eine für das Filtrat durchlässige Schicht und haben gleichzeitig die Funktionen eines lockeren Filterkuchens. Die zurückgehaltenen Teilchen lagern sich auf der Filterhilfe ab. Beispiele von Filterhilfen sind [cww/tm/132]:

 Kieselgur,

 Perlit,

 Bleicherde,

 Glaspuder,

 Kohlezubereitungen,

 Cellulosefasern,

 Zellstoff,

 Papierstoff,

 Bagasse,

 Talk,

 Kunststoffe.

Filterhilfen werden zur Vorbeschichtung eingesetzt. Dabei lagert sich eine Schicht der Filterhilfe auf dem Fil-termedium ab, bevor mit der Filtration begonnen wird. Um das für eine richtige und effektive Filtration erfor-derliche Verhältnis aufrecht zu erhalten, wird sie während der Filtration kontinuierlich zum Flüssigschlamm zugefügt.

Anwendung

Bei der Abwasserbehandlung wird die Filtration häufig als letzte Trennstufe nach Sedimentationsverfahren (vgl. Abschnitt 3.3.4.1.2) oder Flotation (vgl. Abschnitt 3.3.4.1.3) eingesetzt, wenn geringe Emissionen von Schwebstoffen gefordert werden, z. B.:

 Abtrennung von Flocken, Schwermetallhydroxiden etc. nach Sedimentation, um Anforderungen an die Ein-leitung einzuhalten,

 Abtrennen von Belebtschlamm nach der zentralen AWBA, zusätzlich zur Sedimentation, zur Verbesserung der Qualität des biologisch behandelten Abwassers,

Im Dokument Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU) BVT-Merkblatt zu Abwasser- und Abgasbehandlung/ -management in der chemischen Industrie Februar 2003 mit ausgewählten Kapiteln in deutscher Übersetzung (Seite 98-120)