Die chemisch-physikalische Behandlung von industriellen Abwässern ist ein essenzieller Prozess zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und zum Schutz der Umwelt. In diesem Artikel werden wir die Grundlagen der chemisch physikalischen Behandlung von Abwasser erklären, einschließlich der Cyanidentgiftung, Schwermetallfällung, Chrom(VI)-Reduktion und der Vorbehandlung für Wasserrecycling.

Grundlagen der chemisch-physikalischen Abwasserbehandlung

Industrielle chemisch-physikalische Abwasseranlagen (CP-Anlagen) sind darauf ausgelegt, die im Produktionsprozess anfallenden Abwässer zu behandeln, um die regulatorischen Anforderungen für die Einleitung in Gewässer oder kommunale Kläranlagen zu erfüllen. Diese Behandlung erfolgt oft in mehreren Stufen, um verschiedene Verunreinigungen wie Schwermetalle, CSB, lipophile Stoffe oder AOX effektiv zu entfernen.

Die Fällung und Flockung sind zentrale Verfahren der chemisch-physikalischen Abwasserbehandlung, die darauf abzielen, gelöste und suspendierte Stoffe in unlösliche oder größere Partikel zu überführen, die anschließend aus dem Wasser entfernt werden können.

CP-Anlage zur Fällung und Flockung von Schwermetallen, AOX und Kohlenwasserstoffen von ALMAWATECH.

Foto: CP-Anlage als Chargenanlage zur Entfernung von Schwermetallen, AOX und Cyanid (Anlage: ALMA CHEM MCW)

Der Fällungsprozess

Die Fällung ist ein Prozess, bei dem gelöste Stoffe, insbesondere Schwermetalle, durch chemische Reaktionen in eine unlösliche Form überführt werden. Dies wird erreicht, indem Fällmittel auf der Basis von Metallsalzen zugegeben und der pH-Wert so angepasst wird, dass die auszufällenden Stoffe die geringste Wasserlöslichkeit aufweisen (Neutralisationsfällung).

Prozess der Fällung:

  1. Zugabe von Fällmitteln: Dem Abwasser wird eine definierte Menge an Fällmitteln wie z.B. Eisen(III)-Chlorid oder Polyaluminiumchlorid zugegeben. 
  2. pH-Wert-Anpassung: Der pH-Wert wird durch die Zugabe von Neutralisationsmitteln wir Kalkmilch oder Natronlauge auf den optimalen Bereich eingestellt, in dem die Schadstoffe am wenigsten löslich sind.
  3. Bildung von Fällungsprodukten: Die Zielstoffe reagieren mit den Fällmitteln und Neutralisationsmitteln und bilden unlösliche Hydroxide oder andere Verbindungen.

Beispiele:

  • Schwermetallfällung: Schwermetalle wie Blei, Kupfer, Nickel und Zink werden als Hydroxide gefällt. Die Reaktionsgleichung für die Fällung von Kupfer ist:
  • Chrom(VI)-Reduktion: Chrom(VI) wird mit Natriumbisulfit zu Chrom(III) reduziert und anschließend als Chrom(III)-hydroxid gefällt. Die Reaktionsgleichungen sind:
Reduktion von Chrom VI zur Chrom III im Abwasser
Entfernung von Chrom aus Abwasser

Grundlagen der Flockung

Die Flockung folgt oft auf die Fällung und dient dazu, die gebildeten Fällungsprodukte zu größeren Agglomeraten zu verbinden, die einfacher abgetrennt werden können.

Prozess der Flockung

Prozess der Flockung:

  • Dem Abwasser werden kationische (positiv geladene) oder anionische (negativ geladene) Polymere zugegeben. Die Wahl des Polymers ist ausschlaggebend für eine optimale Flockenbildung mit sehr guten Sedimentationseigenschaften. 

Ziele der Flockung:

  • Suspended Particles: Entfernen von suspendierten Feststoffen durch Bildung größerer Flocken.
  • Wasserklarheit: Verbesserung der Klarheit des behandelten Wassers durch Entfernung von Trübstoffen.
  • Breite Anwendung: Effiziente Entfernung einer Vielzahl von Stoffen, einschließlich bereits gefällter Schwermetalle, emulgierter Kohlenwasserstoffe, Fluoride, Phosphate, Sulfate, Farbstoffe und Pigmente.
Abwasserchemikalien, Flockungshilfsmittel, Membranchemikalien, Korrosionsschutzmittel und Biozide für Kühlwasserkreisläufe und Wärmenetze

Foto: Fällungsmittel ALMA Floc APH und Neutralisationsmittel ALMA NaOH (Produktserie: ALMA AQUA)

Spezifische Anwendungen der chemisch-physikalischen Abwasserbehandlung

Cyanidentgiftung

Cyanid, ein hochtoxisches Anion, wird häufig in der metallverarbeitenden Industrie verwendet und muss vor der Einleitung in die Umwelt sicher entfernt werden. Die Entgiftung erfolgt durch Oxidation, bei der Cyanid in weniger toxische Verbindungen umgewandelt wird. Typische Oxidationsmittel sind Chlorbleichlauge oder Wasserstoffperoxid, die das Cyanid zu Cyanat und schließlich zu Kohlendioxid und Stickstoff oxidieren. Die Reaktionsgleichung für die Oxidation von Cyanid (CN⁻) mit Wasserstoffperoxid (H₂O₂) zu Cyanat (OCN⁻) lautet:

Cyanidentgiftung aus Abwasser

In einem weiteren Schritt kann das Cyanat weiter zu Kohlendioxid (CO₂) und Stickstoff (N₂) oxidiert werden:

Entfernung von Cyanat aus Abwasser

Schwermetallfällung

Schwermetalle wie Blei, Kupfer, Nickel und Zink müssen aus dem Abwasser entfernt werden, um Umwelt- und Gesundheitsvorschriften zu erfüllen. Dies geschieht durch Fällung, bei der lösliche Schwermetalle in unlösliche Hydroxide umgewandelt werden. Durch Zugabe von Fällmitteln wie Kalkmilch oder Natronlauge und die Einstellung des pH-Wertes auf den optimalen Bereich für die jeweilige Metallfällung, können die Metalle aus dem Wasser entfernt werden. Die entstandenen Schlämme werden dann mechanisch entwässert, beispielsweise durch Kammerfilterpressen. 

Chrom(VI)-Reduktion

Chrom(VI), ein starkes Oxidationsmittel und Karzinogen, wird vor allem in der Galvanotechnik verwendet und muss vor der Einleitung reduziert werden. Die Reduktion erfolgt meist mit Natriumbisulfit, das Chrom(VI) zu Chrom(III) reduziert, welches dann als Chrom(III)-hydroxid gefällt wird. Dieser Prozess erfordert eine sorgfältige pH-Kontrolle, um eine vollständige Reduktion zu gewährleisten.

Vorbehandlung für Wasserrecyclinganlagen

Für Betriebe, die ihr Abwasser recyceln möchten, sind zusätzliche Behandlungsschritte erforderlich. Aktivkohlefilter entfernen organische Verbindungen und Reststoffe, die durch chemische Fällung nicht beseitigt werden können. Ionenaustauscher entfernen verbleibende gelöste Ionen, und Umkehrosmoseanlagen bieten eine abschließende Reinigung, indem sie gelöste Feststoffe und organische Verunreinigungen herausfiltern. Diese Methoden kombinieren physikalische und chemische Prozesse, um hochreines Wasser für die Wiederverwendung im Produktionsprozess zu erzeugen.

Fazit & Zusammenfassung

Die chemisch-physikalische Behandlung von industriellen Abwässern ist ein komplexer Prozess, der verschiedene Technologien und Methoden kombiniert, um die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen und die Umwelt zu schützen. Verfahren wie Cyanidentgiftung, Schwermetallfällung, Chrom(VI)-Reduktion und Vorbehandlung für Wasserrecycling sind entscheidend für die effektive Abwasserbehandlung. Durch die Vorbehandlung und den Einsatz moderner Technologien können Betriebe ihre Abwässer effizient reinigen und gleichzeitig nachhaltige Praktiken implementieren.

Für weitere Informationen und individuelle Beratung zur Abwasserbehandlung stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Unter folgenden Link können Sie mehr über unsere CP-Anlage ALMA CHEM MCW erfahren.

Foto: Auch Flotationsanlagen basieren auf dem Verfahren der chemisch-physikalischen Behandlung (Anlage: ALMA NeoDAF)

Wenn Sie mehr über die Verfahrensgrundlagen der Flotation erfahren wollen, lesen Sie gerne unseren Blogartikel “Flotationsanlagen in der Industrieabwasserreinigung: Verfahrensgrundlagen und Anwendungsgebiete“.