Vorbehandlung von Abwasser mittels DAF-Systemen

• 1. Vorklärung in Kläranlagen
• 2. Möglichkeiten der Vorbehandlung bei der Abwasserreinigung
• 3. DAF-Systeme als Vorbehandlungstechnologie
• 4. Vergleich zwischen Primärsedimentation und Flotation mit gelöstem Luft
• 5. DAF-Systeme von SIDMADAF in der Vorbehandlung
• 6. Zusammenfassung

1. Vorklärung in Kläranlagen

Sowohl das aus Oberflächengewässern (Flüssen, Stauseen und Seen) gewonnene Wasser als auch Abwasser aus städtischen und industriellen Quellen muss vor seiner Nutzung, Einleitung oder Wiederverwertung angemessen behandelt werden. Ein wichtiger Teil dieser Behandlung ist die Vorbehandlung, auch Primärbehandlung genannt, die darin besteht, Feststoffe und größere Schadstoffe abzuscheiden.

Je nach Herkunft des zu behandelnden Wassers können die einzelnen Schritte dieses Verfahrens variieren. Die gängigste Aufbereitung besteht aus einer ersten Stufe zur Grobstoffabscheidung, gefolgt von einer zweiten Stufe zur Feinstoffabscheidung, die üblicherweise mit mechanischen Systemen wie Rechen und Sieben durchgeführt wird. Die endgültige Filterfeinheit beträgt in der Regel nicht weniger als 3 mm, weshalb die Installation einer ergänzenden Aufbereitungsstufe erforderlich ist, um die restlichen im Wasser vorhandenen Schwebstoffe zu entfernen.

Nach diesen Verfahren zur Entfernung der gröbsten Feststoffe werden üblicherweise Kläranlagen installiert, die je nach Anwendungsfall Chemikalien zur pH-Einstellung, Sterilisierung sowie zur Zugabe von Koagulierungs- und Flockungsmitteln einsetzen können. In diesen Fällen spricht man von physikalisch-chemischen Verfahren.

Eine ordnungsgemäße Vorbehandlung ist unerlässlich, damit die nachfolgenden Reinigungsstufen ordnungsgemäß funktionieren.

2. Möglichkeiten der Vorbehandlung bei der Abwasserreinigung

In Kläranlagen kommen verschiedene Arten der Vorbehandlung zum Einsatz, mit denen der Gehalt an Schwebstoffen auf Werte gesenkt werden kann, die für die Zweit- und Drittbehandlung akzeptabel sind.

In kommunalen Kläranlagen werden Vorklärbecken installiert, bei denen es sich um Absetzbecken handelt, da sich in ihnen die Feststoffpartikel aufgrund ihrer Dichte und Aufsteiggeschwindigkeit ohne zusätzliche Zugabe von Reagenzien absetzen. Diese Becken sind kreisförmig und verfügen über ein System zur Sammlung von Schwimmstoffen mit einem Oberflächenräumer sowie über Bodenräumer, die die abgesetzten Feststoffe abscheiden; in diesen Fällen liegt die Feststoffabscheidung in der Regel nicht über 60–65 %, und die CSB-Reduktion übersteigt selten 40 %.

Die Auslegung dieser Anlagen erfolgt auf der Grundlage einer Aufsteiggeschwindigkeit von 0,5 – 2^m³/m²/h und einer Verweilzeit von etwa 1,5 – 3 Stunden. Der dabei entstehende Schlamm setzt sich aus Schwimmschlamm und Sedimentschlamm zusammen, die zu einer schnellen Zersetzung neigen. Dieser Schlamm wird in der Regel mit dem Belebtschlamm aus der Nachbehandlung vermischt und anschließend in einen aeroben oder anaeroben Faulbehälter geleitet, wobei die Wahl des Behälters von der Menge und Art des anfallenden Schlamms abhängt.

Schema des Vorabscheiders 

In Trinkwasseraufbereitungsanlagen, die Oberflächenwasser (Flüsse, Seen, Stauseen usw.) nutzen, erfolgt nach der mechanischen Abscheidung von Feststoffen ebenfalls eine Klärung, allerdings handelt es sich in diesem Fall um eine physikalisch-chemische Behandlung.

Während der Wassergewinnung selbst wird üblicherweise ein Desinfektionsmittel (NaOCl,_Cl₂ usw.) dosiert, um die im natürlichen Oberflächenwasser vorhandenen Mikroorganismen zu beseitigen. Anschließend erfolgt eine Koagulation der kolloidalen Stoffe, von denen viele organischer Natur sind. Dazu werden Reagenzien wie_FeCl₃ oder_Al₂(_SO₄) dosiert. Die entsprechende pH-Einstellung erfolgt mittels Säure oder Lauge, um die Effizienz zu optimieren.

Die Koagulation der Kolloide erfolgt in einer Kammer, die mit hoher Geschwindigkeit gerührt wird. Anschließend wird ein Flockungsmittel vom Typ der Polyelektrolyte hinzugefügt, bei dem es sich um ein Polymer handelt, das die gebildeten Flocken zusammenbindet, um schwammartige Feststoffwolken (Flocken) zu bilden. Die Flockungskammer ist größer als die Koagulationskammer, und die verwendeten Rührwerke arbeiten mit niedriger Drehzahl, um die gebildeten Flocken nicht zu zerreißen.

Die entstandenen Klumpen setzen sich je nach ihrer Dichte und Beschaffenheit entweder ab (Absetzung) oder schwimmen auf.

Für die Sedimentation besteht zudem die Möglichkeit, statische oder Lamellenklärbecken einzusetzen.

Lamellenabscheider sind für deutlich höhere Aufsteiggeschwindigkeiten ausgelegt als herkömmliche Abscheider (bis zu fünfmal höher), da sie auf der von den Lamellen gebildeten Oberfläche basieren und ihre Verweilzeiten in der Regel eine Stunde nicht überschreiten. Dies bringt folgende Vorteile mit sich:

• Platzersparnis
• Die Konstruktion der Anlagen erfolgt auf der Grundlage der Ergebnisse der durchgeführten Jar-Tests.

In bestimmten Fällen können auch Schwimmkörper zum Einsatz kommen:

• Bei Vorhandensein von Ölen und Fetten, Tensiden und anderen leichten Verunreinigungen.
• Wenn die Flocken dazu neigen, aufzutreiben, wie beispielsweise in Meerwasserentsalzungsanlagen, in denen häufig Algen, marines biologisches Material und sogar Ölverschmutzungen anzutreffen sind.
• Wenn sekundäre Aufbereitungsverfahren wie Umkehrosmose oder Ultrafiltration zum Einsatz kommen, die ein Zulaufwasser von hoher Qualität erfordern (geringe Trübung, geringer Gehalt an organischen Stoffen, frei von Ölen und Fetten sowie gründlich sterilisiert), um Verstopfungen, Ablagerungen und Biofilm zu vermeiden, die die Betriebsfähigkeit dieser Verfahren so stark beeinträchtigen, dass sie unbrauchbar werden.

Durch die Flotationsklärung lässt sich der Platzbedarf verringern und die Abscheideleistung für Schwebstoffe verbessern, die über 90 % liegen kann, während sich gleichzeitig eine Schwimmschicht aus Schlamm bildet, deren Konzentration (3–4 %) höher ist als in den Vorklärbecken, wo eine Konzentration von 1 % in der Regel nicht überschritten wird.

Man muss bedenken, dass das Phänomen des Auftriebs mit der Zufuhr von Luft einhergeht, was einen zusätzlichen Energieverbrauch bedeutet.

Was industrielle Kläranlagen (EDARI) betrifft, so gibt es ebenso viele verschiedene Arten von Abwässern wie es Industriezweige gibt; daher muss in jedem Einzelfall die am besten geeignete Vorbehandlung ermittelt werden.

In der Regel werden die Abwässer aus der Industrie in einem Ausgleichsbecken gesammelt, um einen möglichst gleichmäßigen und konstanten Abfluss zu gewährleisten, da die Abwässer ein und desselben Betriebs sehr unterschiedlich sein können. In manchen Fällen ist es jedoch sinnvoll, sie zu trennen, um sie getrennt zu behandeln.

Die ersten Stufen der Vorbehandlung dieser Abwässer zielen darauf ab, die gröbsten Bestandteile und die größten Feststoffe zu entfernen. Dieser Vorgang erfolgt, bevor das Abwasser in das Ausgleichsbecken gelangt, um mechanische Probleme im weiteren Verlauf der Anlage zu vermeiden. Aufgrund der chemischen Schwankungen, die bei industriellen Prozessen auftreten, ist es zudem üblich, den pH-Wert anzupassen, um den Koagulations- und Flockungsprozess effizienter zu gestalten.

3. DAF-Systeme als Vorbehandlungstechnologie

Bei Industrieabwässern, in denen die Schadstoffe in der Regel eine geringere Dichte als Wasser aufweisen, ist die Flotation mit gelöstem Sauerstoff (DAF) aufgrund ihrer hohen Effizienz und des geringen Platzbedarfs die am besten geeignete Lösung.

Die DAF-Technologie basiert auf der Zufuhr von Druckluft (0,15 – 0,30 kg Luft/kg TSS) bei einem Druck von 5 – 7 bar in einen Rücklaufanteil des behandelten Wassers (ca. 10 – 25 % der Gesamtmenge).

Ein DAF-Fahrzeug ist in zwei Bereiche unterteilt:

• Der vordere Bereich, auch Reaktionszone genannt, in dem die schwebenden Flocken mit den Luftblasen in Kontakt kommen, die eingebracht werden, um sie einzufangen.
• Der Trenn- und Klärbereich, in dem die Luftblasen die Flocken voneinander trennen und sie durch Aufschwimmen an die Oberfläche befördern. Zwischen den beiden Bereichen ist eine Trennwand angebracht, um die Betriebsbedingungen voneinander zu trennen.

Schema einer Kläranlage mit Dissolved-Air-Flotation (DAF)

Das geklärte Wasser wird vom Boden des Absetzbeckens abgezogen. Durch diesen Vorgang werden Blasenansammlungen und Flocken, die nicht an die Oberfläche gelangen, mit dem geklärten Wasser mitgerissen.

4. Vergleich zwischen Primärsedimentation und Flotation mit gelöstem Luft

Im Vergleich zur Vorabscheidung bietet die Flotation mit gelöstem Luft eine Reihe von Vorteilen, die im Folgenden aufgeführt sind:

1. Höhere Effizienz: Die Flotation mit gelöstem Luft ist bei der Entfernung von Schwebstoffen, Fetten und Ölen effizienter als die Vorabsetzung. 
2. Geringerer Platzbedarf: Die Flotation mit gelöster Luft benötigt aufgrund ihrer höheren Effizienz und kürzeren Verweildauer weniger Platz als die Vorabsetzung. 
3. Größere Flexibilität: Die Flotation mit gelöster Luft ist hinsichtlich der Behandlungskapazität und Schwankungen in der Wasserqualität flexibler als die Vorabsetzung. 

Wie jeder andere Prozess hat auch dieser jedoch einige Nachteile. Zu den Nachteilen der Flotation mit gelöstem Luft sind:

1. Kosten: Die Flotation mit gelöstem Luft kann aufgrund des Bedarfs an Spezialausrüstung und der Komplexität des Verfahrens kostspielig sein. 
2. Energiebedarf: Bei der Flotation mit gelöster Luft wird eine beträchtliche Menge an Energie benötigt, um die für den Prozess erforderlichen Luftblasen zu erzeugen. 
3. Chemikalienbedarf: Bei der Flotation mit gelöstem Luft wird häufig die Zugabe von Chemikalien erforderlich, um die Feststoffe vom Wasser abzutrennen. 

Vergleichstabelle der Klärtechnologien in der Vorbehandlung        

Technologie	Förderleistung (m³/m²/h)	T. Rückhaltung (Std.)	Reduzierung SS (%)	Reduzierung Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) (%)	Reduzierung in % Fette und Öle
Vorschlamm Vorabklärung (Kläranlage)	0,5 - 1	1–2	60 – 70	25 – 40	40 – 50
Dekantieren lamellar	3 - 5	0,5 – 1	80 - 90	30 – 40	50 – 60
DAF-Flotation	5 – 20	– 1	90 – 95	30–50	90 – 99

5. Die DAF-Systeme von SIDMADAF in der Vorbehandlung

SIGMADAF bietet verschiedene Modelle von DAF-Systemen für die Vorklärung an.

Die Modelle FPHF/FPBC arbeiten mit einem höheren hydraulischen Füllgrad, sind mit Lamellen zur Verbesserung des Trennprozesses ausgestattet und verfügen über eine geringere Schwimmfläche.                                           

Derkompakte FPBC besteht aus einem Stahl- oder Kunststoffbehälter für geringere Durchflussmengen im Bereich von 10 bis 250 m³/h, während der kompakte FPHF eine Anlage mit höherer Kapazität im Bereich von 300 bis 1000 m³/h mit einem Stahlbehälter ist.

Der FPBC-CW mit dem RCC-Behälter kann Durchflussmengen von 500 bis 3500 m³/h bewältigen.

Todos estos modelos pueden construirse en tanques de acero recubiertos con recubrimiento epoxi especial o revestimiento interno de PRF. Los tanques de plástico (PP) son empleados para capacidades más pequeñas (< 250 m3/h), o en tanques RCC si la capacidad de tratamiento supera los límites de las unidades compactas construidas en tanque de acero.

Die im FPBC eingesetzte Differentialtechnologie besteht aus einem Lamellenpaket, das im Gegenstrom zum abwärts gerichteten Wasserfluss im Tank durch die Lamellen arbeitet. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Wasserverteilung und verbessert die Anhaftung der Luftblasen an den Schwebstoffen, während das Wasser durch die Kanäle des Lamellenrohrs fließt. Die Lamellen sind als Gegenstromlamellen mit einem breiten Plattenabstand von 80 mm und einer Neigung von 60° ausgeführt. Die leichteren Partikel werden im ersten Abschnitt des Lamellenbündels durch Flotation abgeschieden, während die schwereren Partikel mit relativ hoher Effizienz an den Lamellen abgeschieden werden, während das Wasser nach unten fließt. Die aufgeschwommenen Feststoffe bilden im oberen Bereich des Beckens Schaum, der mit dem Oberflächenabstreifer entfernt wird, während die Sedimente am Boden mit einem Skimmer am Beckenboden – bei einem RCC-Becken – oder mit einer Förderschnecke – bei einer Kompaktanlage mit Stahl- oder Kunststoffbecken – entfernt werden.

die mit dem Oberflächenabsauger entfernt werden, während die Sedimente am Boden mit einem Bodenskimmer im Fall eines RCC-Tanks oder mit einer Förderschnecke im Fall einer Kompaktanlage mit Stahl- oder Kunststofftank entfernt werden.       

Bei der Vorbehandlung mit den Flotationsanlagen mit gelöster Luft von SIGMADAF, die Trennlamellen oder -platten verwenden, werden Aufsteiggeschwindigkeiten von über 30^m³/m²/h erreicht, was einen Eindruck davon vermittelt, wie viel Platz sie im Vergleich zu statischen oder lamellenförmigen Vorklärbecken einsparen.

6. Zusammenfassung

Die Vorbehandlung in Kläranlagen, sowohl für Abwasser als auch für Trinkwasser, spielt eine entscheidende Rolle für die Dimensionierung und Leistungsfähigkeit der gesamten Anlage.

Die DAF-Flotation (Dissolved Air Flotation) ist die beste Lösung für die Abscheidung von Schwebstoffen (TSS) in den meisten Industrieabwässern sowie für Trinkwasser. Dies liegt an seiner bemerkenswerten Leistungsfähigkeit bei der Reduzierung von kolloidalen Stoffen, Ölen, Reinigungsmitteln und anderen Schadstoffen mit geringer Dichte, die, gelangen sie in die nachfolgenden Behandlungsstufen, mechanische Probleme wie Verstopfungen und Verschmutzungen in Rohrleitungen, Anlagen und Filtermedien wie RO- und UF-Membranen verursachen können. SIGMADAF bietet für jeden Fall die am besten geeigneten Lösungen.

Literaturverzeichnis und Quellenangaben

Metcalf-Eddy. Verlag Labor S.A.   

Schematische Darstellung einer DAF-Kläranlage. | Wissenschaftliche Abbildung herunterladen