Emulsionsspaltung in der Abwasserbehandlung

Abwasserbehandlung ist der Oberbegriff für Verfahren zur Trennung von Wasser und Inhaltsstoffen, die während der Nutzung hineingelangt sind. In diesem Zustand ist das Wasser unbrauchbar, es ist Abwasser. Die Inhaltsstoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein. Ein Teil davon ist gelöst. Unlösliche, feste Stoffe bilden mit Wasser Suspensionen, gasförmige bilden Schaum und flüssige erzeugen Emulsionen. Bei der Emulsionsspaltung werden fein verteilte Tröpfchen solange zu größeren Tropfen zusammengeführt, bis sie sich vom Wasser absondern.

Herkunft von Emulsionen

Emulsionsbildung

Ein Gemisch von Wasser und nicht wasserlöslichen Flüssigkeiten trennt sich mit der Zeit von selbst. Die im Wasser verteilten kleinen Tröpfchen finden sich zusammen und bilden am Boden oder an der Oberfläche eine zusammenhängende Schicht. Bei vielen Prozessen ist diese Entmischung nicht gewollt.

Nach der Zugabe bestimmter Substanzen bleibt das Gemisch in einem stabilen Zustand. Die Stoffe, die die Trennung verhindern, heißen Emulgatoren. Ihre Wirkung kann auf zwei Wegen erfolgen. Entweder bilden sie ein Verbindungsglied zwischen Wasserteilchen und Tröpfchen oder sie umschließen die Tröpfchen so, dass sie sich nicht mehr zu großen Tropfen zusammenschließen können.

Kühlschmierstoffemulsionen

Eine Emulsion wird in der Industrie überall dort gezielt eingesetzt, wo die Eigenschaften von Wasser und die Eigenschaften von wasserunlöslichen Stoffen gemeinsam genutzt werden sollen.

Zu den bekanntesten Beispielen gehören Kühlschmierstoffemulsionen, die in der zerspanenden Fertigung für die Verringerung der Reibung und die Ableitung von Wärme sorgen. Sie bestehen aus Wasser, Öl, Emulgatoren und Zusatzstoffen, wie zum Beispiel Konservierungsmitteln und Entschäumern.

Reinigungslösungen

Bei der Reinigung öl- oder fettverschmutzter Oberflächen dient die Emulsionsbildung dazu, die Verunreinigungen im Wasser festzuhalten und fortzuspülen. Die verwendeten Reinigungsmittel sind wasser- und fettlöslich. Kommt die Reinigungslösung mit dem Schmutz in Kontakt, lagert er sich an das Reinigungsmittel an.

Ohne dieses würde das Wasser ungenutzt abperlen. Oft enthalten die Reinigungsmittel weitere Stoffe, die unter anderem dem Korrosionsschutz dienen oder die Schaumbildung begrenzen.

Emulsionen im Abwasser

Kühlschmierstoffemulsionen und Reinigungslösungen verlieren im Einsatz nach und nach ihre Wirkung und gelangen schließlich ins Abwasser. Wasser ist ein wertvoller Rohstoff. Noch ist es bei uns ausreichend verfügbar. Damit das so bleibt, kommt die Abwasserreinigung ins Spiel.

Je mehr Stoffe im Wasser enthalten sind, umso aufwändiger ist die Abwasserbehandlung. Es ist deshalb sinnvoller, die Abwässer getrennt zu erfassen und zu behandeln, anstatt sie gemeinsam in Behältern oder Becken zu sammeln.

Abwässer getrennt sammeln

Auch die Spaltung von Emulsionen im Rahmen der Abwasserbehandlung gestaltet sich einfacher, wenn die Inhaltsstoffe des Wassers aus nur einer Quelle stammen. Aus den unterschiedlichen Verfahren der Emulsionstrennung lässt sich unter dieser Voraussetzung das optimale auswählen.

Welches Verfahren technisch machbar ist, hängt vor allem von der chemischen Zusammensetzung der Emulsion ab. Die Flüssigkeiten enthalten in der Regel unterschiedliche Zusätze zur Optimierung der Einsatzbedingungen. Die Zusätze finden sich zwangsläufig im Abwasser wieder. Bei der Auswahl sollten außerdem die Möglichkeiten zur Wiederverwendung der Bestandteile und die angestrebte Wasserqualität berücksichtigt werden.

Recycelbarkeit der Inhaltsstoffe prüfen

Wesentlichen Einfluss auf die Entscheidung über das optimale Verfahren hat der Verbleib der Reststoffe. In vielen Fällen kann man durch die Abwasserbehandlung wertvolle Rohstoffe zurückgewinnen. Das ist möglich, wenn diese Stoffe während der Abwasserreinigung erhalten bleiben. Bei verschiedenen Verfahren der Abwasserbehandlung ist das der Fall. Andere verändern die chemischen Verbindungen.

Angestrebte Wasserqualität

Ein wichtiges Entscheidungskriterium ist auch der Verwendungszweck des zurückgewonnenen Wassers. Die Verfahren haben unterschiedliche Trennleistungen. Je sauberer das Wasser werden soll, desto höher ist der anlagentechnische, zeitliche und finanzielle Aufwand.

Erreichbare Wasserqualitäten sind zum Beispiel

• Brauchwasser für die innerbetriebliche Verwendung
• in die öffentliche Abwasserbehandlung einleitfähig
• in Gewässer einleitfähig
• Trinkwasser
• Kesselspeisewasser

Für Trinkwasser oder Kesselspeisewasser sind nach der Emulsionsspaltung weitere Aufbereitungsschritte erforderlich.

Grundlagen der Emulsionsspaltung

Das Ziel der Emulsionstrennung ist, entweder die Wirkung des Emulgators aufzuheben oder der Emulsion das Wasser bzw. den emulgierten Stoff zu entziehen.

Die Wirkung des Emulgators lässt sich aufheben, durch

• mechanische Kräfte
• elektrostatische Kräfte
• chemische Reaktionen
• mikrobiologische Zersetzung

Das Wasser lässt sich entziehen durch

• Verdampfen
• Vakuumverdampfen
• Ultrafiltration

Der emulgierte Stoff lässt sich entziehen durch Adsorption an Bindemittel. Sollen emulgierte Stoffen recycelt werden, empfehlen sich Verfahren, die auf mechanischen oder elektrostatischen Kräften, Vakuumverdampfen und Ultrafiltration beruhen. Bei Stoffen mit geringer Wärmeempfindlichkeit eignet sich auch das Verdampfen.

Ablauf der Abwasserbehandlung bei emulsionshaltigen Wässern

Abwasser sammeln

Verfahrenstechnische Prozesse laufen in den meisten Fällen kontinuierlich ab. Für einen gleichmäßigen Zulauf zur Emulsionsspaltung sorgen sogenannte Vorlagen. Das können Behälter, Becken oder Sammelgruben sein, in denen das Abwasser gelagert wird. Bei einem festgelegten Füllstand startet die Abwasserreinigung. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel unter einen vorgegebenen Wert, stoppt die Anlage.

Feste Verunreinigungen zurückhalten

Filtersysteme halten feste Verunreinigungen zurück. Dazu gehören zum Beispiel Rost, Staub und andere Partikel aus der Teilereinigung oder Späne und Abrieb aus der Fertigung. Derartige Stoffe würden die folgenden Arbeitsschritte stören oder sich in Rohrleitungen und Apparaten ablagern. Deshalb werden sie vor der Weiterverarbeitung aus der Flüssigkeit entfernt.

Spaltung der Emulsion

Bei der Emulsionsspaltung trennen sich Wasser und emulgierter Stoff. Eine genaue Erläuterung der einzelnen Verfahren enthält unser Beitrag “Wie funktioniert die Emulsionsspaltung“.

Sicherstellung der Wasserqualität

Jeder Verwendungszweck des Wassers aus der Abwasserbehandlung erfordert eine bestimmte Qualität, die durch Analysen ermittelt wird. Soll das Wasser in öffentliche Gewässer eingeleitet werden, dienen die Ergebnisse als Nachweis für die Einhaltung der Vorgaben aus der Abwasserverordnung. Die Einleitung in das kommunale Abwassernetz setzt ebenfalls voraus, dass festgelegte Grenzwerte unterschritten sind. Größere Mengen bestimmter Schadstoffe würden den Betrieb im Klärwerk erheblich stören. Bei einer innerbetrieblichen Verwendung hilft die Analyse, die Prozessabläufe sicherzustellen.

Behandlung der Rückstände

Vorteilhaft für die Umwelt ist es, die Rückstände aus der Abwasserbehandlung aufzubereiten und die Bestandteile wiederzuverwenden. Kluthe gehört zu den Herstellern von Prozesschemikalien, die die meisten Stoffe nach der Nutzung zurücknehmen und sich um die Wiederverwertung kümmern. Ist das Recyceln wirtschaftlich nicht vertretbar oder technisch nicht realisierbar müssen die Reststoffe fachgerecht entsorgt werden.