Wassertechnologie: Fällung · Flockung · Separation

1 Gewässerschutz, Wassernutzung und Wasserreinigung.- 1.1 Historische Entwicklung.- 1.2 Chemische Verfahren in der Wassertechnologie allgemein.- 1.3 Fällung, Flockung, Separation in der Abwasserreinigung.- Grundlagen.- 2 Chemische Grundlagen der Fällung und Flockung.- 2.1 Das Nebeneinander von Fällung und Flockung in der praktischen Anwendung.- 2.2 Fällung.- 2.2.1 Thermodynamische und kinetische Aspekte.- 2.2.2 Illustrationsbeispiele.- 2.2.3 Hinweise für die verfahrenstechnische Umsetzung.- 2.3 Flockung.- 2.3.1 Die Stabilität von Suspensa.- 2.3.2 Die Entstabilisierung von Suspensionen.- 3 Physikalische Grundlagen der Fällung und Flockung.- 3.1 Begriffsbestimmung.- 3.2 Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt.- 3.2.1 Kinetische Formulierungen der Koagulation mittels Brownscher Diffusion.- 3.2.2 Kinetische Formulierung der Koagulation infolge von Geschwindigkeitsgradienten.- 3.2.3 Vergleich zwischen experimentellen Beobachtungen und der von der Theorie vorhergesagten Ergebnisse.- 3.3 Die Messung des Flockungsvorganges.- 3.3.1 Direkte Beobachtung (Messung) von Partikelgröße und Konzentration.- 3.3.2 Indirekte Messung von Partikelgröße und Konzentration.- 3.4 Möglichkeiten der Anwendung der kinetischen Modelle auf reale Systeme.- 3.4.1 Der mittlere Geschwindigkeitsgradient.- 3.4.2 Die Wirksamkeit verschieden geformter Rührersysteme.- 3.4.3 Einfluß der Reaktionszeit.- 3.5 Grenzen der Anwendbarkeit des physikalischen Modells zur Beschreibung der Kinetik des Flockungsvorganges.- 3.5.1 Die Phänomene nichthomogener Energiedissipation und nichtuniformer Aufenthaltsverteilung in tatsächlichen Reaktoren.- 3.5.2 Das Phänomen der Heterodispersität von Suspensionen und dessen Einfluß auf die Aggregation.- 3.5.3 Von der Kugelgestalt abweichende Aggregatform und Aggregatporosität.- 3.6 In der Wassertechnologie beobachtete Abweichungen vom vorhergesagten Reaktionsverlauf.- 3.6.1 Tatsächliche Aggregation in Reaktoren mit nichtuniformer Energiedissipation und nichtuniformer Aufenthaltszeitverteilung.- 3.6.2 Tatsächliche Aggregation heterodisperser Suspensionen.- 3.6.3 Tatsächlicher Einfluß der Inhomogenität in Flockengröße und Flockenstruktur auf den Aggregationsprozeß.- 3.7 Schlußbemerkungen.- Chemikalienzugabe.- 4 Auswahl der Chemikalien.- 4.1 Einsatzort und Chemikalienauswahl.- 4.2 Vergleich der Flockungschemikalien.- 4.3 Die einzelnen Chemikalien im praktischen Einsatz.- 4.3.1 Calcium.- 4.3.2 Dreiwertiges Eisen (und oxidiertes zweiwertiges Eisen) und dreiwertiges Aluminium.- 4.3.3 Polyaluminium.- 4.3.4 Organische Polymere als Flockungsmittel.- 4.4 Weitere Entwicklungen.- 5 Einmischung der Chemikalien.- 5.1 Die Aufgabenstellung.- 5.2 Hinweise auf nicht optimale Einmischung.- 5.2.1 Bildung der flockungsaktiven Verbindung.- 5.2.2 Transport der Chemikalien in die Nähe des Reaktionspartners.- 5.2.3 Direkte Anlagerung des Fällungs- und Flockungsmittels an der Suspensaoberfläche.- 5.3 Konsequenzen für Entwurf und Betrieb.- 6 Reaktortyp und Reaktorform.- 6.1 Prozeßablauf und Reaktorentwurf.- 6.2 Idealisierte Reaktortypen.- 6.3 Reale Reaktoren — Durchströmungsmuster.- 6.4 Reale Reaktoren — Energiedissipationsmuster.- 6.5 Empfehlungen für den schrittweisen Entwurf unter Berücksichtigung von betrieblichen Korrekturen.- 6.5.1 Einflußgrößen.- 6.5.2 Entwurf und Betrieb.- Flüssig/fest-Trennung.- 7 Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Abtrennbarkeit.- 7.3 Verfügbare Verfahren der Abtrennung.- 7.3.1 Siebung.- 7.3.2 Filtration.- 7.3.3 Sedimentation.- 7.3.4 Flotation.- 7.3.5 Einsatzbereich der einzelnen Verfahren.- 8 Flüssig/fest-Trennung durch Filtration.- 8.1 Vorbemerkungen.- 8.2 Grundlagen der Beschreibung des Filtrationsprozesses.- 8.2.1 Massenbilanz.- 8.2.2 Kinetische Gleichung.- 8.2.3 Darstellung der Filterkonstante.- 8.2.4 Beschreibung des Druckverlustes.- 8.3 Verschiedene technische Varianten des Filtrationsprozesses.- 8.3.1 Einflußgrößen.- 8.3.2 Filterverfahren.- 8.4 Gesichtspunkte der Bemessung und des Entwurfs von Filtern.- 8.5 Leistungsfähigkeit des Filters.- 9 Flüssig/fest-Trennung durch Sedimentation.- 9.1 Vorbemerkungen.- 9.2 Grundlagen der Beschreibung des Sedimentationsverfahrens.- 9.2.1 Sedimentationsbewegung eines Körpers in einem ruhenden Medium (die Stokessche Beziehung).- 9.2.2 Die Abscheidung eines sedimentierenden Körpers in einem Sedimentationsbecken (der Oberflächensatz).- 9.2.3 Gesichtspunkte der Durchströmung des Sedimentationsreaktors (Hydraulik des Sedimentationsbeckens).- 9.2.4 Der Sedimentationsprozeß in realen Absetzanlagen.- 9.3 Verfahrensausbildungen — Varianten des Sedimentationsreaktors.- 9.3.1 Rechteckbecken (ohne Einbauten).- 9.3.2 Rundbecken (ohne oder mit Einbauten).- 9.3.3 Rechteckbecken mit lamellen- oder rohrartigen Einbauten.- 9.4 Gesichtspunkte der Bemessung und des Entwurfs rechteckiger und runder Becken ohne Einbauten.- 9.5 Orientierende Angaben zur Leistungsfähigkeit der Sedimentation in Verbindung mit der Dosierung von Fällungs-/Flockungschemikalien.- 10 Flüssig/fest-Trennung durch Flotation.- 10.1 Vorbemerkungen.- 10.2 Grundlagen der Beschreibung des Flotationsprozesses.- 10.2.1 Teilprozesse.- 10.2.2 Reaktionsschritt 1: Generierung von Gasblasen.- 10.2.3 Reaktionsschritt 2: Anlagerung der Gasblasen.- 10.2.4 Reaktionsschritt 3: Aufwärtsbewegung.- 10.3 Verschiedene technische Varianten des Flotationsprozesses (Entspannungsflotation).- 10.4 Gesichtspunkte der Bemessung und des Entwurfs von Flotationsanlagen.- 10.4.1 Bemessungs- und Entwurfsgrößen.- 10.4.2 Einbeziehung von Laborerfahrungen und Erkenntnissen aus halbtechnischen sowie großtechnischen Vorversuchen.- 10.5 Orientierende Angaben zur Leistungsfähigkeit des Flotationsprozesses in der Abtrennung von Fällungs- und Flockungsprodukten.- 11 Menge und Eigenschaften der abgetrennten Feststoffe.- 11.1 Vorbemerkungen.- 11.2 Menge der abgeschiedenen Feststoffe.- 11.2.1 Der Feststorfstrom bei der Abwasserreinigung durch Fällung/Flockung.- 11.2.2 Feststoff- und Wassergehalte verschiedener Fällungs- und Flockungsschlämme.- 11.2.3 Im Kläranlagenbetrieb beobachtete Schlammengen.- 11.2.4 Steuerung der Eigenschaften der Fällungs- und Flockungsschlämme.- 11.3 Eigenschaften des Feststoff-Wasser-Gemisches.- 11.3.1 Praktisch verwendbare Parameter zur Beschreibung der Behandelbarkeit.- 11.3.2 Abtrennbarkeit.- 11.3.3 Schlammeindickung.- 11.3.4 Schlammentwässerung.- 11.3.5 Hinweise auf Schlammbehandelbarkeit aus mikroskopischen Untersuchungen.- Abschließende Bemerkungen.- 12 Aufwand, Wirksamkeit und Erfolg.- 12.1 Ort- und Zeitspezifität von Leistungs- und Kostenangaben.- 12.2 Leistungsfähigkeit der durch Chemikaliendosierung unterstützten mechanisch-biologischen Reinigung häuslicher Abwässer.- 12.2.1 Leistungsfähigkeit des Verfahrens im Hinblick auf Klarwasserqualität.- 12.2.2 Mittlere Prozeßleistungsfähigkeit.- 12.2.3 Streubreite der Prozeßleistungsfähigkeit.- 12.3 Die Kosten der durch Chemikaliendosierung intensivierten Abwasserreinigung.- 12.3.1 Kosten für Chemikalien, Chemikalienlagerung und Chemikaliendosierung.- 12.3.2 Kosten der Flüssig/fest-Trennung nach Chemikaliendosierung, dargestellt am Beispiel des Flotationsverfahrens.- 12.3.3 Kosten für Behandlung und Beseitigung des zusätzlichen Schlammes aus der Chemikaliendosierung.- 12.3.4 Vergleich der einzelnen Kostenfaktoren.- Literatur.