Flotation und Sedimentation: Effiziente Abwasserreinigung

Flotation ist ein physikalisches Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen geringer Dichte oder flüssigen Partikeln aus einer flüssigen Phase. Die Trennung wird erreicht, indem ein Gas (meist Luft) in Form von Blasen in die flüssige Phase eingeleitet wird. Typischerweise wird die flüssige Phase einem Überdruckprozess unterzogen, um bei einem Betriebsdruck von etwa 2 atm eine Sättigung von Luft im Wasser zu erreichen. Anschließend wird die luftgesättigte Flüssigkeit durch ein Druckminderventil entspannt, wodurch der Druck auf atmosphärischen Druck reduziert wird. In dieser Situation bilden sich durch die Druckentlastung winzige Luftblasen aus der Lösung. Schwebstoffe oder flüssige Partikel (z. B. Öl) schweben auf, da sich diese kleinen Bläschen mit ihnen verbinden und sie an die Oberfläche steigen lassen. Die Konzentrate der suspendierten Feststoffe können von der Oberfläche durch mechanische Systeme abgetrennt werden. Die geklärte Flüssigkeit kann im unteren Bereich entnommen werden, und ein Teil davon kann bei Bedarf rezirkuliert werden.

1. Flotation

1.1. Flotation und Belüftung (CAF)

Im Gegensatz zur Druckflotation werden bei der Belüftung bei Atmosphärendruck (CAF) Luftblasen direkt in die flüssige Phase durch Diffusoren oder untergetauchte Turbinen eingeführt. Bei allen Flotationssystemen kann der Abscheidegrad und die Leistung durch die Zugabe von chemischen Zusätzen verbessert werden.

1.2. Druckentspannungsflotation (DAF)

Die Druckentspannungsflotation (DAF) basiert auf dem Prinzip der Luftlöslichkeit in Wasser unter Druck. Der Prozess besteht im Wesentlichen darin, das geflockte Rohwasser für eine bestimmte Zeit in einem Behälter unter Druck zu setzen, während gleichzeitig Druckluft eingeleitet und das Gemisch durch verschiedene Mittel geschüttelt wird, um eine optimale Luftlösung im Wasser zu erreichen. Anschließend wird das Wasser unter geeigneten Bedingungen entspannt, wodurch eine große Anzahl von Mikro-Luftblasen freigesetzt wird. Diese haften in ausreichender Menge an den Flocken, sodass deren Auftrieb das reduzierte Gewicht der Flocken übersteigt. Die Flocken steigen an die Oberfläche, wo sie ständig oder in regelmäßigen Abständen durch verschiedene mechanische Mittel entfernt werden.

Um die Energieeffizienz zu steigern und gleichzeitig die mögliche Zerstörung der Flocken im turbulenten Prozess der Mikrobläschenerzeugung zu minimieren, wird normalerweise nicht der gesamte Behandlungsstrom unter Druck gesetzt. Stattdessen wird ein Teilstrom des geklärten Wassers rezirkuliert und unter Druck gesetzt, um die für den Prozess benötigten Mikrobläschen zu erzeugen.

1.3. Vakuumflotation

Bei der Vakuumflotation wird luftgesättigtes Abwasser direkt in ein Belebungsbecken oder über eine Luftpumpe in den Sog eines Vakuums geleitet. Durch die Anwendung eines Unterdrucks verlässt die gelöste Luft die Lösung als winzige Bläschen. Diese Bläschen und die daran haftenden festen Partikel steigen an die Oberfläche und bilden eine Schaumschicht, die anschließend durch einen Oberflächenabstreifmechanismus entfernt wird. Sand und andere schwere Feststoffe setzen sich am Boden ab und werden dann zur Entfernung durch Pumpen in eine zentrale Schlammgrube transportiert. Ist die Anlage für die Sandentfernung ausgelegt und muss der Schlamm anschließend behandelt werden, ist es notwendig, den Sand vor der Schlammbehandlung mittels eines Sandsichters vom Schlamm zu trennen.

2. Sedimentation

Die Sedimentation ist die Trennung von suspendierten Partikeln durch die Wirkung der Schwerkraft, deren spezifisches Gewicht größer ist als das des Wassers. Sie ist eine der am häufigsten verwendeten Grundoperationen in der Abwasserreinigung. Die Begriffe Sedimentation und Absetzen werden synonym verwendet.

2.1. Sedimentation diskreter Partikel

Die Sedimentation diskreter Partikel bezieht sich auf die Sedimentation von Schwebstoffen bei einer niedrigen Feststoffkonzentration. Die Partikel setzen sich als individuelle Einheiten ab; es gibt keine nennenswerten Wechselwirkungen mit benachbarten Partikeln. Ihre Anwendung findet sich beispielsweise bei der Entfernung von Sand aus Restwasser.

2.2. Flockungssedimentation

Die Flockungssedimentation bezieht sich auf die Sedimentation von Partikeln, die in einer sehr verdünnten Suspension vorliegen und während des Sedimentationsprozesses flocken oder denen Flockungsmittel zugesetzt wurden. Durch die Agglomeration erhöhen die Partikel ihre Masse und setzen sich schneller ab. Ihre Anwendung findet sich bei der Entfernung eines Großteils der suspendierten Feststoffe in primären Absetzbecken für Rohabwasser und in Nachklärbecken. Sie wird auch zur Entfernung chemischer Flocken in Absetzbecken eingesetzt.

3. Lamellenseparatoren und Röhrenabscheider

Lamellenseparatoren und Röhrenabscheider wurden als Alternative zu herkömmlichen Flachbodensedimentationsbecken entwickelt. Diese Dekanter werden in bestehenden sowie speziell konzipierten Behältern eingesetzt und bestehen aus Paketen von parallelen Platten oder kleinen Kunststoffröhrchen unterschiedlicher Geometrien, die die Eigenschaften von Absetzbecken verbessern sollen. Ihre Verwendung hat jedoch zahlreiche Probleme aufgeworfen, insbesondere durch Gerüche, die durch biologisches Wachstum verursacht werden, sowie durch die Ansammlung von Ölen und Fetten und Verstopfungen.