Abwasserbehandlung: Membrantrennverfahren, Chlorung und Belebtschlammverfahren

Membrantrennverfahren in der Abwasserbehandlung

Die Membranseparation, wie z.B. die Elektrodialyse (EDAR), wird verwendet, um gelöste Stoffe aus Wasser zu entfernen. Sie zeichnet sich durch hohe Qualität aus, ist aber sehr teuer. Hierbei kommen semipermeable Membranen und die Dialyse zum Einsatz.

Ultrafiltration (UF)

Die Ultrafiltration ist ein Prozess, bei dem Schadstoffe aus dem Wasser unter Einwirkung eines Druckgradienten abgetrennt werden. Sie eignet sich besonders für Makromoleküle und industrielle Abwässer.

Umkehrosmose (RO)

Die Umkehrosmose ist die wichtigste Methode. Sie kehrt die natürliche Richtung der Osmose um. Wenn wir zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentration durch eine semipermeable Membran trennen, wandern die Moleküle von der konzentrierteren zur weniger konzentrierten Lösung, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Dieser Unterschied erzeugt den osmotischen Druck. Bei der Umkehrosmose wird ein Druck angewendet, der größer oder gleich dem osmotischen Druck ist, wodurch das Lösungsmittel in die entgegengesetzte Richtung fließt. So erhält man auf der einen Seite gelöste Stoffe/Kontaminanten und auf der anderen Seite gereinigtes Wasser.

Elektrodialyse (ED)

Bei der Elektrodialyse wird ein elektrisches Feld auf eine ionenreiche Flüssigkeit angewendet. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an zwei Elektroden wandern die Anionen zur Anode (+) und die Kationen zur Kathode (-). Wenn zwischen den Elektroden selektive, anionische und kationische Membranen eingefügt werden, kann eine hohe Wasserqualität erreicht werden.

Chlorung in der Wasseraufbereitung

Bei der Chlorung wird dem Wasser Chlor (Cl) zugesetzt. Dabei entsteht ein Dissoziationsgleichgewicht zwischen Chlor und hypochloriger Säure. Je nach pH-Wert überwiegt die eine oder andere Form. Bei einem sehr sauren pH-Wert (2-5) liegt nur Chlor vor. Ab pH 5 beginnt die Bildung von hypochloriger Säure, und bei pH 6 erscheint ein Teil als Hypochlorit. Bei pH 10 liegt alles als Hypochlorit vor, und es gibt keine hypochlorige Säure mehr. Im Normalbereich zwischen 5 und 10 liegt ein Gleichgewicht zwischen beiden vor. Da hypochlorige Säure ein effektiveres Desinfektionsmittel ist, erzielt man bei einem pH-Wert unter 6 eine höhere Effizienz. Das gleiche Prinzip gilt, wenn anstelle von Chlor Hypochlorit verwendet wird.

Chlorung bis zum Breakpoint

Chlor ist eine stark oxidierende chemische Verbindung, die mit allen oxidierbaren anorganischen Verbindungen reagiert. Dabei wird Chlor zu Chlorid reduziert, das keine desinfizierende Wirkung hat. Die erste Dosis geht daher verloren. Sobald alle diese Verbindungen oxidiert sind, beginnt die Desinfektion. Wenn die Dosis in Gegenwart von Ammoniak erhöht wird, bilden sich Chloramine. Bei organischen Verbindungen bilden sich organische Chloramine.

Belebtschlammverfahren in der Abwasserbehandlung

Das Belebtschlammverfahren ist ein kontinuierlicher Prozess, bei dem das Abwasser in Belebungsbecken oder -teichen biologisch stabilisiert wird. In diesen Becken werden aerobe Bedingungen aufrechterhalten. Das Abwasser aus dem Vorklärbecken gelangt in diese Belebtschlammbecken, wo Sauerstoff für die metabolische Wirkung von Mikroorganismen benötigt wird. Dieser Sauerstoffeintrag erfolgt durch Turbinen oder über Auslässe im Boden der Becken.

Das System basiert auf der Entwicklung einer Bakterienkultur, die mit zu reinigendem Wasser gespeist wird. Die Sedimente werden durch Rühren homogenisiert, wodurch die Vermischung von Bakterienflocken und Abwasser verhindert wird. Das Abwasser wird belüftet, da Sauerstoff für die Verdauung benötigt wird (Mischflüssigkeit). Nach einer ausreichenden Einwirkzeit wird die Mischflüssigkeit in ein Nachklärbecken geleitet, um das behandelte Wasser vom Schlamm zu trennen.

Ein bestimmter Prozentsatz des Schlamms wird in die Belebungsbecken zurückgeführt, um eine ausreichende Konzentration an aktiver Biomasse zu gewährleisten. Es muss sichergestellt werden, dass die notwendigen Nährstoffe für das einwandfreie Funktionieren des Systems vorhanden sind. Dies sind vor allem Stickstoff und Phosphor.

Nachdem der Zulauf die Belebungsbecken und die bakterielle Verdauung durchlaufen hat, gelangt das Abwasser in das Nachklärbecken. Obwohl die biologische Behandlung den BSB-Wert des Abwassers um 75-90 % reduziert, wird der Schlamm in wesentlich geringerem Umfang reduziert, was häufig eine anschließende Behandlung des Schlamms erfordert.

Es muss ein Gleichgewicht zwischen den Mikroorganismen im Reaktor und dem Nährstoffgehalt im Abwasser herrschen. Da neue Mikroorganismen erzeugt werden, muss ein Teil des Schlamms entfernt werden, um das Gleichgewicht zu halten und eine übermäßige Ansammlung von organischer Substanz zu vermeiden.

Die Bakterien können sich in runder oder faseriger Form entwickeln. Filamentöse Bakterien bilden große Netzwerke, die sich nicht absetzen. Um dieses Problem zu vermeiden, sollten die Bedingungen für die Bildung von runden Bakterien geschaffen werden. Dies kann durch weniger Sauerstoff oder durch Zick-Zack-Wände erreicht werden, die die Verbindung von Fäden und Sauerstoff im Reaktor verhindern.