Fällung ist ein fundamentales chemisch-physikalisches Verfahren in der industriellen Abwasserbehandlung, das darauf abzielt, gelöste Stoffe wie Schwermetalle, Phosphate und andere anorganische sowie organische Verbindungen in unlösliche Feststoffe zu überführen. Durch die Zugabe spezifischer Fällmittel werden diese Stoffe in eine absetzbare oder filtrierbare Form umgewandelt, was es ermöglicht, sie aus dem Abwasser zu entfernen. Die Fällung spielt eine zentrale Rolle bei der Erfüllung gesetzlicher Grenzwerte und trägt zur Verbesserung der Wasserqualität bei.
Inhaltsverzeichnis
Technische Hintergründe
Chemische Reaktion der Fällung:
- Die Fällung beruht auf der Zugabe von chemischen Fällmitteln, wie beispielsweise Eisen(III)-chlorid, Aluminiumsulfat oder Calciumhydroxid. Diese Reagenzien reagieren mit den gelösten Stoffen im Abwasser und bilden schwerlösliche Hydroxide, Phosphate oder Sulfide, je nach den vorhandenen Stoffen.
- Zum Beispiel reagieren Metallionen wie Kupfer, Zink oder Nickel mit Eisen- oder Aluminiumsalzen und bilden Hydroxidverbindungen, die als Partikel ausfallen. Diese Partikel sind normalerweise sehr fein und müssen durch weitere Verfahren (wie Flockung) zu größeren Flocken aggregiert werden, um effizient abgetrennt zu werden.
pH-Anpassung:
- Ein entscheidender Faktor für die Effizienz der Fällung ist der pH-Wert des Abwassers. Viele Fällungsreaktionen sind pH-abhängig, da sich die Löslichkeit der zu fällenden Verbindungen stark ändert, wenn der pH-Wert angepasst wird. Bei der Neutralisationsfällung wird daher der pH-Wert gezielt eingestellt (z. B. durch Zugabe von Säuren oder Laugen), um die Bildung der unlöslichen Verbindungen zu optimieren.
- Beispielsweise ist die Fällung von Metallhydroxiden bei neutralem bis leicht alkalischem pH-Wert (pH 8-9) am effektivsten, da sich bei diesen Werten die Hydroxidverbindungen am besten aus dem Wasser absetzen lassen.
Spezifische Fällverfahren:
- Neutralisationsfällung: In diesem Verfahren wird der pH-Wert so eingestellt, dass gelöste Metalle als Hydroxide aus dem Wasser ausgefällt werden. Dies ist ein weit verbreitetes Verfahren in der Galvanik- und Metallverarbeitungsindustrie, um Schwermetalle wie Nickel, Kupfer oder Zink zu entfernen. Die Einstellung des pH-Werts ist hierbei entscheidend, um die maximale Ausfällung der Hydroxide zu gewährleisten.
- Sulfidische Fällung: Bei besonders hohen Konzentrationen an Schwermetallen oder in Fällen, in denen die einfache Hydroxidfällung nicht ausreichend ist, kann die sulfidische Fällung angewendet werden. Dabei wird Natriumsulfid oder ein anderes Sulfid zugegeben, um die Metalle als Metallsulfide auszufällen. Diese Sulfide sind extrem schwerlöslich und lassen sich daher sehr effektiv abtrennen. Diese Technik wird häufig in der Chemie- und Bergbauindustrie eingesetzt, wo toxische Metalle wie Blei oder Quecksilber behandelt werden müssen.
Foto: Unsere Abwasserbehandlungsanlage ALMA CHEM MCW zur Fällung und Flockung Schwermetallen, AOX, Kohlenwasserstoffe und Cyaniden
Anwendungsbereiche
Metallverarbeitende Industrie:
- In der Metallindustrie, insbesondere in der Galvanik, enthalten Abwässer oft hohe Konzentrationen an Schwermetallen, die durch Fällung entfernt werden müssen. Durch die Kombination von Neutralisationsfällung und sulfidischer Fällung können Metalle in stabile, schwerlösliche Verbindungen überführt und anschließend durch Sedimentation oder Filtration abgetrennt werden.
Lebensmittel- und Getränkeindustrie:
- Abwässer aus der Lebensmittelindustrie enthalten häufig hohe Konzentrationen an Phosphaten und organischen Substanzen. Durch die Zugabe von Eisen- oder Aluminiumsalzen werden die Phosphate in unlösliche Verbindungen überführt, die dann durch Flockung aggregiert und abgetrennt werden. Dies ist entscheidend, um die Eutrophierung von Gewässern zu verhindern.
Papier- und Zellstoffindustrie:
- Diese Branche erzeugt Abwässer, die reich an organischen Fasern und Feststoffen sind. Die Fällung wird eingesetzt, um die Fasern und gelösten organischen Stoffe in unlösliche Verbindungen zu überführen und so die chemische Sauerstoffnachfrage (CSB) zu reduzieren. Hier werden häufig Calciumverbindungen verwendet, um die Bildung von Flocken zu fördern, die dann leicht abgesetzt werden können.
Textilindustrie:
- Abwässer aus der Textilverarbeitung enthalten oft Farbstoffe, Schwermetalle und Tenside. Fällungsverfahren mit Eisen- und Aluminiumsalzen sowie Kalk werden verwendet, um Farbstoffmoleküle und Metallionen auszufällen, bevor die Flocken durch Filtration oder Sedimentation entfernt werden. Diese Technik ist unerlässlich, um die Farb- und Schadstoffbelastung zu reduzieren und die Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte zu gewährleisten.
Petrochemische Industrie:
- Hier enthalten Abwässer oft Öle, Emulsionen und organische Kohlenwasserstoffe. Durch spezifische Fällungsreaktionen werden diese organischen Verbindungen in feste Partikel umgewandelt, die anschließend durch Flockung weiter aggregiert und abgetrennt werden. Fällungsmittel wie Kalzium- oder Aluminiumsalze sind hier gängige Mittel, um die Effektivität der Schadstoffentfernung zu maximieren.
Pharmazeutische Industrie:
- In der Herstellung von Medikamenten entstehen Abwässer mit komplexen organischen Verbindungen und Schwermetallen. Fällungsprozesse sind notwendig, um spezifische Schadstoffe wie Phosphate, Schwermetallverbindungen und andere lösliche Substanzen zu binden und als feste Verbindungen auszufällen. Auch hier kommen spezielle Chemikalien zum Einsatz, um eine zielgerichtete Behandlung zu gewährleisten.
Bergbau und Mineralverarbeitung:
- In der Bergbauindustrie sind die Abwässer oft mit hohen Konzentrationen an Sulfaten und Schwermetallen belastet. Fällungs- und Flockungstechniken werden verwendet, um diese Schadstoffe durch Ausfällung in Form stabiler Feststoffe zu entfernen. Dies trägt erheblich zur Entgiftung der Abwässer und zum Schutz der Umwelt bei.
Farb- und Lackindustrie:
- Die Abwässer dieser Industrie enthalten typischerweise Pigmente, Lösungsmittel und Schwermetalle. Fällungsprozesse werden eingesetzt, um die Pigmente und Schwermetallionen in unlösliche Verbindungen umzuwandeln. Anschließend erfolgt die Flockung, um größere, absetzbare Flocken zu bilden, die durch Sedimentation oder Flotation abgetrennt werden.
Oberflächentechnik:
- In der Oberflächenbehandlung, wie z. B. in der Galvanik, enthalten die Abwässer oft hohe Mengen an Säuren, Alkalien und Schwermetallen. Durch Fällung mit Eisen- oder Aluminiumsalzen können Metalle wie Chrom, Kupfer und Nickel in unlösliche Verbindungen umgewandelt und entfernt werden. Diese Prozesse sind notwendig, um die gesetzlichen Vorschriften für Abwassereinleitungen einzuhalten und die Abwasserqualität zu verbessern.
Foto: Flotationsanlage ALMA NeoDAF mit Reaktionsschlaufe zur Fällung von Phosphaten, Stickstoff und CSB aus Molkereiabwasser
Fazit
Die Fällung ist ein unverzichtbares Verfahren in der industriellen Abwasserbehandlung, das durch den gezielten Einsatz von chemischen Fällmitteln gelöste Verunreinigungen in feststoffartige Partikel überführt. Sie ermöglicht die effektive Entfernung von Schwermetallen, Phosphaten und anderen Schadstoffen, wodurch eine hohe Wasserqualität erreicht und gesetzliche Grenzwerte eingehalten werden. Die präzise Kontrolle des pH-Werts und die Auswahl des geeigneten Fällmittels sind entscheidend, um den Fällprozess optimal zu gestalten und eine effektive Partikelabtrennung zu gewährleisten.
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