Entfernung von Schwebstoffen aus Industrieabwässern

• 1. Was sind die gesamten suspendierten Feststoffe (TSS)?
• 2. Vorhandensein von TSS in Industrieabwässern
• 3. die Arten von Schwebstoffen, ihre Identifizierung und Messung
• 4. Behandlungen zur Abtrennung und Entfernung der gesamten Schwebstoffe
• 5. Flotation mit gelöster Luft
• 6. Vergleich zwischen Behandlungstechnologien zur TSS-Abscheidung

1. Was sind schwebende Feststoffe insgesamt?

Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (SST) bezeichnet Stoffe, die üblicherweise in Gewässern – sowohl natürlichen als auch industriellen – vorkommen.

Das Vorhandensein von Schwebstoffen im Abwasser führt zur Verstopfung und Verschlechterung der Anlagen, durch die das Abwasser fließt. Wenn sie organischer Natur sind, sind sie auch eine Quelle für Gärung und mögliche Infektionen.

2. Vorhandensein von TSS in Industrieabwässern

Im Folgenden sind einige der am häufigsten im Abwasser vorkommenden Schwebstoffe aufgeführt, deren Vorhandensein konditioniert wird:

• Bodenteilchen, darunter Ton, Schluff und Sand, die durch Erosion, Oberflächenabfluss oder andere Ursachen ins Wasser gelangen.
• Organische Substanzen, darunter vor allem Partikel aus zerfallendem pflanzlichem und tierischem Material sowie lebende Mikroorganismen wie Algen und Bakterien.
• Flüssige Abfälle, die bei industriellen Prozessen anfallen. In diesen Fällen kann das Abwasser Schwebstoffe wie Chemikalien, Öle, Metalle und andere Stoffe enthalten.
• Lebensmittelabfälle, darunter Partikel, die bei der Verarbeitung, Zubereitung und dem Verzehr von Lebensmitteln entstehen.
• Menschliche und tierische Ausscheidungen wie Fäkalien, Urin und andere Körperflüssigkeiten.

3. Arten von Schwebestoffen, Identifizierung und Messung

Für analytische Zwecke ist es bei der Definition der Wasserqualität wichtig, zwischen den verschiedenen Arten von Feststoffen im Wasser zu unterscheiden:

Absetzbare Feststoffe (SS): Dies sind Feststoffe, die sich in der Flüssigkeit befinden und aufgrund ihrer Dichte dazu neigen, sich abzusetzen und somit unter ihrem eigenen Gewicht abzutrennen. Absetzbare Feststoffe werden in mg/l oder ppm (parts per million) gemessen und können durch Sedimentation (Absetzen), Verringerung der Schüttdichte (Flotation) oder Filtration in verschiedenen physikalischen Medien (Sand, Anthrazit, Membranen usw.) abgeschieden werden.

Flüchtige Feststoffe (VS). Flüchtige Feststoffe werden durch Kalzinierung bei 550º C abgetrennt. Dabei handelt es sich in der Regel um organische Stoffe. Die verbleibenden Feststoffe im Wasser werden als persistente Feststoffe bezeichnet.

Gelöste Feststoffe insgesamt (TDS). Diese Feststoffe sind in der Flüssigkeit nicht mit einfachen physikalischen Mitteln messbar, sondern werden über die Leitfähigkeit ermittelt, die in µS/cm (micro Siemens/cm) gemessen wird. Das physikalische System zu ihrer Messung besteht darin, das Wasser auf 105 ºC zu erhitzen und den dabei entstehenden Rückstand (Trockenrückstand) zu wiegen. Er wird ebenfalls in mg/l gemessen.

Schwebende Feststoffe (TSS). Dabei handelt es sich um ungelöste Feststoffe, die in der Flüssigkeit fein dispergiert bleiben und sich aufgrund ihrer elektrischen Ladung (kolloidales Material) nicht absetzen. Die gesamten suspendierten Feststoffe können vor der Flotation oder Dekantierung einer physikalisch-chemischen Destabilisierungsbehandlung mit Koagulationsmitteln und einer Agglutination mit Flockungsmitteln unterzogen werden. Wenn es sich um Mikrofeststoffe handelt, können sie durch Filtration abgetrennt werden. Ihre Konzentration wird in mg/l (ppm) gemessen.

4. Behandlungen zur Abtrennung und Entfernung der gesamten Schwebstoffe

Die Methoden zur Entfernung von Schwebstoffen aus dem Abwasser hängen von Faktoren wie den folgenden ab:

• Art der Feststoffe
• Konzentration der Feststoffe
• Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von anderen Schadstoffen
• Gewünschter Umfang der Fehlersuche
• Vom Kunden festgelegte Bedürfnisse und Ziele
• Bestehende Vorschriften.

Es gibt verschiedene Methoden zur Entfernung von TSS aus Abwasser:

Screening

Das Abwasser durchläuft zunächst ein Sieb oder einen Rechen, um die größeren Feststoffe zu entfernen. Dabei handelt es sich um Siebe und Siebe mit Filterabständen von mehreren Zentimetern bis zu einigen Millimetern (die gängigsten sind nicht kleiner als 3 mm). Je nach Häufigkeit der Reinigung und der Art der abzuscheidenden Feststoffe können auch automatische Reinigungssysteme zur Verfügung stehen.

Rohrleitungen müssen für Strömungsgeschwindigkeiten > 0,3 m/s ausgelegt sein, um Ablagerungen von SS zu verhindern. Rückhaltepunkte (Tanks, Schächte usw.) müssen mit Evakuierungs- und Entleerungssystemen ausgestattet sein.

Sedimentation

Das Abwasser wird eine Zeit lang in einem Homogenisierungstank oder -becken zurückgehalten, so dass sich die schwereren Partikel auf dem Boden absetzen und von dort entfernt werden können.

Gerinnung und Ausflockung

Das Abwasser wird durch Zugabe von Chemikalien wie Aluminiumsalzen (Sulfat, Polychlorid usw.) oder Eisensalzen (Chlorid, Sulfat usw.) konditioniert, um Agglomerationen von Partikeln zu bilden, die als Koagulat bezeichnet werden und dann durch Zugabe von Flockungspolymeren zu Flocken agglomeriert werden können. Diese Flocken werden dann durch Flotation, Sedimentation oder Filtration abgetrennt.

Dekantieren

Die traditionelle Behandlung zur Abtrennung von Schwebstoffen besteht aus einer Primärdekantierung, einer vorherigen Koagulation/Flockung und einer pH-Einstellung. Dieses Verfahren wird in Becken mit konischem oder pyramidenförmigem Boden (Mindestneigung der Bodenwände = 45º) durchgeführt, die für eine Steiggeschwindigkeit von etwa 1 ^m3/m2/h und eine Verweilzeit von 3 bis 4 Stunden ausgelegt sind, was große Oberflächen zur Bewältigung hoher Durchflussmengen erfordert. Diese Geschwindigkeit kann mit beschleunigten Absetzsystemen mit Schlammrückführung oder mit Lamellenabsetzbecken, die für Feststoffe mit hoher Dichte verwendet werden, bis auf das Dreifache oder mehr erhöht werden, da sie eine entsprechend große Absetzfläche und eine kurze Verweilzeit bieten.

Der in einem Vorklärbecken anfallende Schlamm hat in der Regel eine Konzentration von weniger als 1 %, so dass er in einem Eindicker auf 3 - 4 % MSS eingedickt werden muss. Dieser Prozess ist notwendig, um die Schlammtrocknungsanlagen ordnungsgemäß beschicken zu können.                     

Bei hohen Durchflussmengen und entsprechend großen Absetzflächen werden mehrere Absetzbecken parallel installiert und das Gefälle durch den Einbau einer radialen oder diametralen Brücke mit Bodenabstreifern zur Förderung der Eindickung sowie einer Fläche zur Förderung des Schlamms in einen zentralen Trichter des Absetzbeckens verringert.

Flotation

Mit dieser Technologie können Feststoffe, die eine geringere Dichte als Wasser haben, abgetrennt werden, indem sie mit einer bestimmten Verweilzeit und Aufstiegsgeschwindigkeit an die Oberfläche von Behältern aufsteigen können.

Bei den Flotationsverfahren wird kavitierte Luft (CAF) oder unter Druck stehende und anschließend druckentlastete Luft (DAF) in das Abwasser eingeleitet, wodurch die gebildeten Mikrobläschen an den Feststoffpartikeln haften bleiben und diese eine geringere Schüttdichte als die Flüssigkeit erhalten, wodurch sie durch Flotation abgetrennt werden können.

Dieses System ist bei einer Vielzahl von Entleerungen sehr effizient und verdrängt das Dekantieren tendenziell.

Biologische Behandlung

Mikroorganismen bauen biologisch abbaubare organische Stoffe im Abwasser ab, was zur Entfernung von Schwebestoffen beitragen kann. Es sollte berücksichtigt werden, dass auch Bioflockungserscheinungen und die Bildung von Aktivschlammmassen bei aeroben Behandlungen oderPelletsbei anaeroben Behandlungen auftreten.

Filtrierung einfach

Für die anspruchsvollsten Fälle oder wenn ein Teil des behandelten Abwassers zurückgewonnen werden soll, wird häufig ein Filtersystem als Drittbehandlung eingesetzt. Dabei wird das Abwasser durch ein Filtermedium wie Sand, Kies oder eine Membran geleitet, das kleine Partikel entfernt.

Membranfiltration

In diesem Kapitel verdienen die AbhandlungendieMBR-Verfahren (Membranbioreaktor), die es ermöglichen, hohe Biomassebeladungen im aeroben biologischen Reaktor aufrechtzuerhalten.

Der mit diesem Verfahren erzielte Filtrationsgrad ähnelt dem der Mikrofiltration (MF) oder der Ultrafiltration (UF), bei denen Makromoleküle und Partikel getrennt werden.

Das folgende Diagramm zeigt die Filtrationsstufen der einzelnen Technologien und die verschiedenen erreichbaren Reinheitsgrade.

Zur Abtrennung von Feststoffen aus Abwässern, die aufgrund ihrer Zusammensetzung, Temperatur, ihres Säuregehalts usw. komplex sind (Abwässer aus der Metallurgie, Farbstoffe, Pigmente, Öle mit hoher Dichte, Bohröle usw.), werden Tangentialfiltrationsmembranen aus widerstandsfähigen Materialien wie Graphit oder Keramik eingesetzt. In diesen Fällen werden kleine, aber stark belastete und aggressive Abwässer behandelt und in Hochgeschwindigkeits-Kreisläufen mit einem komplexen Rückspülsystem filtriert, das die Stoffe, die die Membranen zyklisch verstopfen, entfernt.

5. Flotation mit gelöster Luft

Eine Technologie, die besonders hervorzuheben ist, ist die Dissolved-Air-Flotation (DAF), die zur Behandlung von Abwässern mit hohem Gehalt an organischen Stoffen oder leichten Feststoffen eingesetzt wird. Das Verfahren besteht darin, die suspendierten Feststoffe, nachdem sie koaguliert und ausgeflockt wurden, durch Einblasen von Luft in Form von Mikroblasen zum Aufschwimmen zu bringen, die sich an die Flocken anlagern und diese durch den Verlust ihrer Schüttdichte zum Aufschwimmen bringen.

Sie sind in der Regel kreisförmig oder rechteckig gebaut und verfügen über Boden- und Oberflächenabstreifer. Die Auslegungsgeschwindigkeiten sind deutlich höher als die von Dekantern, und der abgezogene Schlamm erreicht leicht eine Konzentration von 4-5 %, ohne dass ein Zwischeneindicker erforderlich ist.

DAF-Systeme sind eine äußerst effiziente Technologie zur Entfernung von Schwebstoffen aus dem Abwasser und gehören daher zu den am häufigsten eingesetzten Technologien in industriellen und kommunalen Kläranlagen.

Ein Verfahren zur Entfernung von gesamten suspendierten Feststoffen mittels Flotation mit gelöster Luft erfolgt in fünf Stufen:

• Zunächst wird ein Koagulationsverfahren durchgeführt, bei dem dem Abwasser Chemikalien wie Aluminiumsulfat oder Eisenchlorid zugesetzt werden, um Schwebstoffe zu destabilisieren und auszufällen.
• Der nächste Schritt ist ein Flockungsprozess, bei dem Polyelektrolyte destabilisierte Feststoffe zur Bildung größerer Partikel, den so genannten Flocken, hinzufügen.
• Bei der Druckentspannungsflotation (DAF) wird das Abwasser in einen Tank geleitet, in dem Luft unter Druck aufgelöst wird. Die Luftblasen heften sich an die Flocken und lassen sie an die Oberfläche steigen.
• Die nächste Stufe ist die Abschöpfung. Bei diesem Verfahren wird die Oberflächenwasserschicht, die die schwimmenden Feststoffe enthält, mit einer Vorrichtung entfernt, die aus einem Oberflächenkehrsystem besteht, so dass die abgeführte Wassermenge viel geringer ist als bei einem Absetzsystem.
• DAF-Systeme sind besonders effektiv bei der Entfernung von Schwebstoffen aus Abwässern, die mit anderen Methoden nur schwer zu behandeln sind, wie z. B. ölige oder fettige Abwässer oder Abwässer mit sehr feinen Partikeln.

Die Druckentspannungsflotation bietet aufgrund der folgenden Vorteile eine hohe Leistung und Effizienz bei der Behandlung von industriellen und kommunalen Abwässern:

6. Vergleich zwischen Behandlungstechnologien zur TSS-Abscheidung

Diese Tabelle soll als Leitfaden für den Vergleich zwischen den verschiedenen genannten Behandlungen dienen:

Technologie	Anmeldung	Oberfläche,. besetzt	TSS-Abscheidung (%)	Schnitt (µm)	Konz, Schlamm (%)	Kosten der Instandhaltung.
Screening	Grobe Feststoffe	BAJA	-	3 - 100 mm	Feststoffe	UNTER
Primäre Dekantierung	Physikalisch-chemische Behandlung	ALTA	80 - 90	<200	0,5 - 1	UNTER
Sekundäres Dekantieren	Biologische Behandlung	ALTA	80 - 90	<200	0,5 - 1	UNTER
Lamellar-Dekantierung	Physikalisch-chemische Behandlung	MEDIEN	75 - 85	<200	0,5 - 1	UNTER
DAF Schwimmer	Tto. 1. und 2.	MITTEL/ NIEDRIG	>90	100-200	3 - 5	UNTER
Einfache Filtration	Nach Dekantierung / Flotation	MITTEL/ NIEDRIG	>90	<50	<0,5	MEDIO
MBR	Biologische Sekundärstoffe	BAJA	>95	<5	0,5 - 1	MITTEL/ HOCH
Mikrofiltration	Partikelfiltration	BAJA	>98	<1	<1	MITTEL/ HOCH
Ultrafiltration	Makromolekulare Filtration	BAJA	>99	<0,1	<0,1	MITTEL/ HOCH
Tangentiale Filtration	Komplexe Abwässer	MITTEL/ NIEDRIG	>95	<1	0,1-1	ALTO