Was ist Flockung?

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Die Flockung ist ein Verfahren, bei dem sich sehr kleine Feststoffteichen, die in einer Flüssigkeit fein verteilt sind, zu lockeren Gebilden zusammenballen. Anschließend lassen sich Fluid und Flocken mit verhältnismäßig geringem Aufwand voneinander trennen. Lesen Sie hier, wie der Prozess abläuft und wie Flockungsmittel in der Oberflächentechnik eingesetzt wird.

Gemische aus Flüssigkeiten und Feststoffen

Schauen wir uns erst einmal die physikalischen und chemischen Grundlagen der Flockung an. Flüssigkeiten, die feste Teilchen (Partikel) enthalten, werden als Suspensionen bezeichnet. In der Oberflächentechnik fallen solche Gemische vor allem bei Reinigungs- und Spülprozessen, bei der Spritzlackierung und bei der Entwässerung von Phosphat- oder Lackschlamm an. Das Verhalten der Partikel hängt von ihrer Größe, ihrer Dichte und von weiteren physikalischen und chemischen Eigenschaften ab. Große Partikel mit einer Dichte, die deutlich von der Dichte des Fluides abweicht, scheiden sich relativ schnell aus der Suspension ab. Sie setzen sich entweder am Boden ab (Sedimentation) oder sie schwimmen auf (Flotation).

Je kleiner die Teilchen sind, umso langsamer geht dieser Vorgang vonstatten. Teilchen, deren Größe geringer als 1 µm ist, ändern ihre Verteilung in der Flüssigkeit kaum noch oder gar nicht mehr. Solche Gemische werden als Kolloide bezeichnet. Kolloide stellen eine Zwischenform zwischen einer Suspension und einer Lösung dar. In einer Lösung sind die Feststoffe auf Molekül- oder Atomniveau verteilt und werden damit praktisch Bestandteil des flüssigen Stoffes. Eine besser lösliche Substanz kann den aufgelösten Stoff aus der Lösung verdrängen. Durch diesen Vorgang, der als Fällung bezeichnet wird, entsteht aus der Lösung eine Suspension oder ein Kolloid.

Flockung als Vorstufe zur Stofftrennung

Flockungsmittel (Koagulant), manchmal kurz als Flockmittel bezeichnet, bewirken, dass sich feste Teilchen in der Flüssigkeit zu Flocken zusammenfinden (koagulieren) können. Die im Flüssigstoff verteilten Partikel stoßen sich aufgrund gleicher elektrischer Ladung gegenseitig ab. Flockungsmittel mit entgegengesetzter elektrischer Ladung heben die Abstoßungskräfte auf und schaffen damit die Voraussetzung für das Zusammenballen der Teilchen zu kleinen Mikroflocken. Dafür, dass sich diese zu ausreichend großen Makroflocken zusammenschließen, werden dem Gemisch Flockungshilfsmittel zugegeben. Dabei handelt es sich in der Regel um Polymere mit sehr großen Molekülen, die die Mikroflocken einfangen und festhalten.

Die bei der Flockung verwendeten chemischen Substanzen und die Prozessparameter müssen an die vorliegenden Stoffgemische angepasst werden. Das lässt sich mit Versuchsreihen realisieren, bei denen vor allem Strömungsgeschwindigkeiten, Rührwerksumdrehungen, Verweilzeiten und Dosierungen so lange variiert werden, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht ist. Wann das der Fall ist, hängt von den nachfolgenden Schritten zur Stofftrennung ab. Es gilt, ökonomisch günstige Bedingungen für Filtration, Sedimentation oder Flotation zu realisieren.

Durchführung der Flockung

Die Flockung lässt sich kontinuierlich oder chargenweisedurchführen. Beim kontinuierlichen Betrieb erfolgt der Einsatz von Flockungs- und Flockungshilfsmitteln meistens gleichzeitig. Im Rührkessel oder im Strömungsrohr finden die Durchmischung der Substanzen und die Ausbildung der Flocken statt. Der ständige Zu- und Ablauf des Flüssigkeitsgemisches und die Größe des jeweiligen Apparates bestimmen die Verweilzeit. Das Gemisch gelangt anschließend in ein Absetzbecken oder wird durch einen Filter geleitet. Diese Betriebsweise eignet sich, wen wenige Schwankungen in der Zusammensetzung des Abwassers zu erwarten sind. Im Chargenbetrieb lassen sich Unterschiede in der Beschaffenheit besser handhaben. Außerdem kann im Rührkessel der Zusatz des Flockungsmittels vor dem des Flockungshilfsmittels erfolgen. In der ersten Phase lässt sich die Bildung der Mikroflocken durch eine starke Durchmischung mit hohen Drehzahlen des Rührwerks intensivieren. In der zweiten Phase bewirken niedrige Drehzahlen eine schonende Durchmischung, die die Flockenbildung begünstigt und das Auseinanderreißen von großen Makroflocken vermeidet.

Wo Flockungsmittel zur Anwendung kommen

Lack-Koagulierung

Ein breites Anwendungsgebiet der Flockung ist die Lack-Koagulierung in der Oberflächentechnik. Dort fallen vor allem lackhaltige Abwässer aus Wasserwänden an, die den Overspray auffangen. Das ist der Anteil an Wasserlack oder lösemittelbasierendem Lack, der an den Oberflächen der Werkstücke vorbeiströmt. Außerdem entstehen bei der Reinigung von Maschinen und Werkzeugen Abwässer, die durch Lacke belastet sind. Schwerpunkt ist hierbei die Rückgewinnung der Flüssigkeit, sprich des Wassers, und der erneute Einsatz als Brauchwasser für Wasserwände und Reinigungsaufgaben. Der bei der Flockung entstehende Lackschlamm lässt sich trocknen und energetisch nutzen. Zunehmend werden Methoden entwickelt, mit denen sich wertvolle Inhaltsstoffe aus dem Lackschlamm zurückgewinnen lassen.

Kluthe bietet in der Produktkategorie ISOGOL Koagulierungsmittel für die Flockung lösemittelbasierender Lacke, von Wasserlack und von Gemischen aus lösemittelbasierendem Lack und Wasserlack an. Die unterschiedlichen Produkte bestehen in der Regel aus mehreren Komponenten. Um bestmögliche Ergebnisse zu erreichen, werden die Konzentrationen der Flockungsmittel, Flockungshilfsmittel auf die vorhandenen Abwässer abgestimmt und durch die Zugabe von Entschäumern und weiteren Additive optimiert. Dadurch ergibt sich beispielsweise eine entklebende Auswirkung auf den Lack.

Abwasserbehandlung

Unterschiedlich belastetes Abwasser entsteht in der Oberflächentechnik vor allem bei der Teilereinigung, bei der Reinigung der technischen Ausrüstung im Rahmen von Wartungsarbeiten und bei der Entwässerung von Schlämmen aus der Vorbehandlung (z.B. Phosphatierung). Die Abwasserbehandlung und die Rückgewinnung von Brauchwasser erfordert – je nach den enthaltenen Inhaltsstoffen – in den meisten Fällen mehrere Verfahrensschritte.

Vor der Flockung erfolgen beispielsweise die Spaltung von Emulsionen, die Abscheidung von Fetten und Ölen, das Herausfiltern grober Feststoffe und das Fällen gelöster Stoffe. Danach kommen Flockungsmittel für das Abwasser zum Einsatz, die Schweb- und Trübstoffe zusammenführen. Durch Sedimentation oder Filterung lässt sich das Abwasser nach der Flockung abschließend klären.