Dispersion bezeichnet in der Wasser- und Abwasserbehandlung die Verteilung feiner Partikel in einer Flüssigkeit, bei der die Partikel gleichmäßig im Medium suspendiert bleiben, ohne sich zu verbinden oder abzuscheiden. Dispersionsprozesse sind essenziell für viele Anwendungen in der industriellen Wassertechnik und Abwasserbehandlung, da sie die Stabilität und Homogenität von Partikelverteilungen verbessern und die Ansammlung von Feststoffen verhindern. Eine stabile Dispersion ist erforderlich, um Ablagerungen und Fouling in Rohrleitungen, Reaktoren und auf Membranoberflächen zu vermeiden.

In der industriellen Praxis ist die Bildung und Stabilisierung einer Dispersion besonders bedeutend in Kühlkreisläufen, Kesselwasserbehandlungen, sowie in Färbereien und der Papierindustrie, wo verschiedene Partikel wie Mineralstoffe, Pigmente oder Fasern dispergiert werden müssen. Dispergiermittel unterstützen dabei die Homogenität der Dispersion und verlängern die Nutzungsdauer der Anlagen.

Technische Hintergründe der Dispersion

Eine Dispersion entsteht, wenn Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase in einem anderen Medium verteilt werden und dort eine suspendierte Phase bilden. Dabei bilden die feinen Partikel die dispergierte Phase, während das Wasser oder eine andere Flüssigkeit das kontinuierliche Dispersionsmedium darstellt.

Die Stabilität einer Dispersion wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

• Teilchengröße: Kleine Partikel mit einer großen Oberfläche bleiben leichter in Suspension, da die Auftriebskräfte der Flüssigkeit ausreichen, um die Partikel abzuscheiden.
• Oberflächenladung der Partikel: Elektrisch geladene Partikel neigen weniger dazu, sich zusammenzuschließen, da gleich geladene Teilchen sich gegenseitig abstoßen.
• Viskosität des Mediums: Eine höhere Viskosität des Mediums unterstützt die Partikel, länger in der Schwebe zu bleiben und sich gleichmäßig zu verteilen.
• Dispergiermittel: Chemische Dispergiermittel werden zugesetzt, um die Oberflächenspannung der Partikel zu senken und stabile, langfristige Dispersionssysteme zu schaffen.

Arten von Dispersionen in der industriellen Wassertechnik

1. Kolloidale Dispersionen:

   • Kolloide sind extrem feine Partikel, die in der Regel nicht sedimentieren, sondern durch die Brown’sche Bewegung in Suspension bleiben. Diese Teilchen können sowohl hydrophil als auch hydrophob sein und stellen eine Herausforderung in der Wasseraufbereitung dar, da sie oft nicht durch einfache Sedimentation entfernt werden können. Sie werden meist durch Koagulations- und Flockungsverfahren stabilisiert.

2. Suspensionen:

   • Hierbei handelt es sich um gröbere Partikel, die durch Rühren oder andere mechanische Einwirkungen in Schwebe gehalten werden. Suspensionen kommen oft in der Behandlung von Schlämmen vor, beispielsweise bei der Schlammkonditionierung und Feststoffentfernung in der Abwasserbehandlung.

3. Emulsionen:

   • Emulsionen sind Dispersionen, bei denen Flüssigkeiten (häufig Öl und Wasser) fein verteilt werden. In der Wasserbehandlung sind Emulsionen in der Regel unerwünscht und werden durch spezielle Emulsionsspaltung und Fällung beseitigt.

Einsatz von Dispersionsverfahren in der Praxis

In der Wasser- und Abwasseraufbereitung werden Dispersionsverfahren häufig zur Verhinderung von Ablagerungen und zur Optimierung der Behandlungsschritte eingesetzt:

1. Kühlwasserbehandlung:

   • Dispergierte Feststoffe wie Salze und mineralische Ablagerungen im Kühlwasser können die Effizienz des Systems verringern. Dispergiermittel, die die Ablagerungen stabil halten und in der Schwebe belassen, verhindern die Bildung von Kalk und anderen festen Ablagerungen auf den Wärmeübertragerflächen. Diese stabile Dispersion verringert Fouling und gewährleistet eine optimale Wärmeübertragung.

2. Kesselwasserbehandlung:

   • In Kesseln und Heizsystemen entstehen durch hohe Temperaturen Kalzium- und Magnesiumsalze, die zu Kesselstein führen können. Eine Dispersion dieser Ablagerungen und die Stabilisierung durch Dispergiermittel verhindert die Sedimentation und verlängert die Lebensdauer der Heizflächen.

3. Membrananlagen und Umkehrosmose:

   • In Membransystemen führen feine Partikel und kolloidale Substanzen häufig zu Fouling, das den Betrieb der Membran beeinträchtigt. Durch die Dispergierung der Feststoffe können die Membranen vor Ablagerungen geschützt werden. Dies erhöht die Betriebsdauer und reduziert die Notwendigkeit für chemische Reinigungen.

4. Papierindustrie:

   • In der Papierherstellung werden häufig Feststoffe und Füllstoffe in einer stabilen Dispersion gehalten. Dispergiermittel verhindern dabei die Ablagerung dieser Stoffe auf Maschinenkomponenten, wodurch die Produktionseffizienz und die Qualität des Endprodukts verbessert werden.

5. Textil- und Färbeindustrie:

   • Hier werden Farben und Pigmente in einer stabilen Dispersion gehalten, um ein gleichmäßiges Färbeergebnis zu gewährleisten. Dispergiermittel sorgen dafür, dass die Farbpartikel gleichmäßig verteilt bleiben und nicht auf Maschinenoberflächen oder in Leitungen abgelagert werden.