Effektive Industrielle Abwasserbehandlungslösungen

Wasser wird in der Industrie für Prozessbedürfnisse, für Kühlung, für Dampferzeugung, für Staubunterdrückung und viele andere Zwecke verwendet. Industrielles Abwasser ist der wässrige Abfall, der nach der Verwendung des Wassers für die oben genannten Zwecke resultiert. Industrielles Abwasser ist das Ergebnis von Stoffen, die sich außer Wasser in Wasser gelöst oder suspendiert haben.

Die Behandlung von industriellem Abwasser umfasst die Mechanismen und Prozesse, die verwendet werden, um Wasser zu behandeln, das aufgrund der Verwendung in den oben genannten Aktivitäten in irgendeiner Weise kontaminiert wurde. Das Ziel der Behandlung ist es, die gelösten und suspendierten Stoffe des Abwassers zu entfernen, damit behandeltes Wasser sicher in die Umwelt eingeleitet oder in denselben Prozess zurückgeführt oder in einem anderen Prozess verwendet werden kann.

Bestandteile von Abwasser

Industrielles Abwasser enthält die folgenden Bestandteile, die einer ordnungsgemäßen Behandlung bedürfen:

• Schwebstoffe – Dies sind Verunreinigungen, die mit bloßem Auge sichtbar sind und im Allgemeinen aus dem Wasser mit gewöhnlichem Filterpapier herausgefiltert werden können. Obwohl es keine harte Definition gibt, neigen Schwebstoffe dazu, größer als 1–2 Mikrometer zu sein. Wenn das Wasser ungestört stehen gelassen wird, setzen sich die Schwebstoffe mit der Zeit am Boden des Behälters ab.
• Gelöste Stoffe – Dies sind Verunreinigungen, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind und nicht durch Filtration aus dem Wasser entfernt werden können. Gelöste Stoffe sind als Materialien definiert, die allgemein kleiner als 0,45 Mikrometer sind. Gelöste Stoffe sind entweder normalerweise lösliche Stoffe oder umgekehrt lösliche Stoffe. Normalerweise lösliche Stoffe sind Materialien, die mit steigender Temperatur löslicher werden. Umgekehrt lösliche Stoffe, normalerweise als „Härte“-Ionen bezeichnet, sind allgemein auf Salze von Calcium, Magnesium, Strontium und Barium in der Wasserbehandlung beschränkt. Diese Materialien werden weniger löslich, wenn die Temperaturen steigen. Diese Materialien bilden Kalk an den heißen Oberflächen von Kessel- oder Wärmetauscherrohren.
• Kolloidale Stoffe – Dies sind Stoffe, die nicht ganz klein genug sind, um als gelöst betrachtet zu werden, aber nicht ganz groß genug, um als Schwebstoffe betrachtet zu werden. Im Allgemeinen erscheinen kolloidale Materialien als Trübung im Wasser, und es ist nicht möglich, einzelne Partikel mit bloßem Auge zu sehen. Kolloidale Materialien liegen typischerweise im Größenbereich von ~0,45 bis ~2,0 Mikrometern. Kolloidale Stoffe setzen sich nicht aus dem Wasser ab, weil sie so klein sind, dass sie stark von ihren ionischen Oberflächenladungen beeinflusst werden. Eine kolloidale Suspension in Wasser wird als stabile Suspension bezeichnet.
• Farbe – Es ist eine Art kolloidale Suspension. Organische Moleküle, die Rohwasser Farbe verleihen, sind einfach Makromoleküle, die in den kleineren kolloidalen Größenbereich fallen. In Wasser nehmen diese Makromoleküle eine ionische Oberflächenladung an, die sie stabilisiert, und sie können nicht absinken.
• Biologischer Sauerstoffbedarf (BSB) und Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) – BSB ist ein Maß für die Menge an Sauerstoff, die von Bakterien während der Zersetzung organischer Stoffe verbraucht wird. Ein sicherer BSB-Wert im Abwasser ist essenziell für die Produktion von Qualitätsabwasser. Wenn der BSB-Wert zu hoch ist, könnte das Wasser Gefahr laufen, weiter kontaminiert zu werden, den Behandlungsprozess zu beeinträchtigen und das Endprodukt zu beeinflussen. Mehrere Faktoren können zu hohen BSB-Werten beitragen, wie Nitrate und Phosphate im Abwasser, Wassertemperatur und andere. Jeder Faktor beeinflusst das Pflanzenleben im Wasser, wie Algen, und hat wiederum einen Effekt auf die Organismen, die bei der Zersetzung von Wasserkontaminanten im Abwasserbehandlungsprozess helfen. Die beste Qualität der Abwasserbehandlung wird in einer Umgebung eintreten, die das Leben dieser Bakterien unterstützt, während eine kontrollierte Population von ihnen aufrechterhält, um schnelle bakterielle Zersetzung nicht zu fördern, was höhere BSB-Werte erzeugen würde. Ähnlich wie BSB ist CSB. CSB misst die Menge an Sauerstoff, die vom Wasser in den Zersetzungs- und Oxidationsprozessen verbraucht wird, speziell die Zersetzung organischer Stoffe und Oxidation anorganischer Stoffe oder Chemikalien. CSB ist eine Anwendung, die normalerweise für industrielle Abwässer verwendet wird.

Abwasserbehandlungstechnologien

Technologien zur Behandlung von industriellem Abwasser werden normalerweise in die folgenden vier Kategorien unterteilt: (i) chemische Technologien, (ii) physikalische Technologien, (iii) biologische Technologien und (iv) Membrantechnologien.

Chemische Technologien

Wichtige chemische Technologien für industrielles Abwasser sind:

• Neutralisation – Es ist die Einstellung von Alkalinität und Säure des Abwassers auf einen neutralen Wert mit pH 7.
• Fällung – Fällung ist die Zugabe von Chemikalien zum Abwasser, um die chemische Zusammensetzung von Schadstoffen zu ändern, sodass die neu gebildete Verbindung während der Sedimentation absinkt. Fällung wird üblicherweise zur Entfernung von Schwermetallen aus dem Abwasser eingesetzt, die normalerweise als Hydroxide gefällt werden. Allerdings ist es notwendig, das Abwasser vorzubehandeln, um Substanzen zu entfernen, die die Fällung der Schwermetalle stören.
• Koagulation – Es ist der Einsatz von Chemikalien, um Schadstoffe zum Agglomerieren und anschließenden Absinken während der Sedimentation zu bringen. Koagulation wird für die Klärung von Abwasser mit kolloidalen und schwebenden Feststoffen verwendet. Kieselsäure oder Polyelektrolyt helfen bei der Bildung eines schnell absinkenden Materials. Abwasser mit emulgierten Ölen kann durch Koagulationsprozess geklärt werden. Der Prozess ist sehr effizient für die Farbreduzierung des Abwassers, aber weniger effektiv für die CSB-Reduktion (chemischer Sauerstoffbedarf).
• Adsorption – Adsorption ist die Verwendung eines Chemikals, das bestimmte Schadstoffe an seiner Oberfläche anhaftet, um sie anschließend zu entfernen. Aktivkohle oder synthetische aktive Oberflächen werden für Adsorption verwendet.
• Ionenaustausch – Ionenaustauschprozess wird normalerweise zur Entfernung unerwünschter Anionen und Kationen aus dem Abwasser verwendet. Kationen werden gegen Wasserstoff oder Natrium und Anionen gegen Hydroxylionen ausgetauscht. Ionenaustauscherharze bestehen aus einer organischen oder anorganischen Netzwerkstruktur mit angehängten Funktionsgruppen. Die meisten in der Abwasserbehandlung verwendeten Ionenaustauscherharze sind synthetische Harze, die durch Polymerisation organischer Verbindungen hergestellt werden.

Physikalische Technologien

Wichtige physikalische Technologien für industrielles Abwasser sind:

• Sieben – Es ist die Entfernung von groben Feststoffen aus dem Abwasser durch Verwendung eines Siebgeräts.
• Klärung und Sedimentation – Abwasserklarung und Sedimentation ist ein häufiger und essenzieller Prozess in industriellen Abwasserbehandlungsanlagen. Klärer bestehen aus Tanks oder Becken, die Abwasser für eine gewisse Zeit halten, sodass Feststoffe oder andere im Wasser suspendierte Materialien auf den Boden absinken können.
• Flotation – Flotation wird mit Hilfe kleiner Luft-/Gasblasen durchgeführt, die in das Abwasser injiziert werden. Die Luft-/Gasblasen verursachen, dass Schadstoffpartikel im Abwasser an die Oberfläche steigen, um sie anschließend zu entfernen. Der Flotationsprozess wird üblicherweise für die Ölabscheidung eingesetzt. Freies Öl wird an die Oberfläche des Beckens geschwemmt und dann abgeschöpft.
• Luftstripping – Es ist die Entfernung von flüchtigen und halbflüchtigen organischen Verbindungen aus dem Abwasser durch Luftstrom.

Biologische Technologien

Biologische Behandlung ist ein natürlicherer Abwasserbehandlungsprozess als andere Abwasserbehandlungsmethoden. Mikroorganismen ernähren sich von den komplexen Materialien im Abwasser und wandeln sie in einfachere Stoffe um, wodurch das Wasser für weitere Behandlung vorbereitet wird. Das Hauptziel der biologischen Technologien ist die Reduktion des BSB-Werts. Wichtige biologische Technologien für industrielles Abwasser sind:

• Belüftetes Belebtschlammverfahren – Es ist ein aerobes Verfahren, bei dem Bakterien organische Stoffe, Stickstoff und Sauerstoff aus dem Abwasser verbrauchen und neue Bakterien bilden. Die Bakterien werden durch die Mischwirkung der in das Abwasser eingeblasenen Luft in dem Belüftungsbecken in Suspension gehalten.
• Hochreines Sauerstoff-Belebtschlammverfahren – Es ist ein aerobes Verfahren, das dem belüfteten Belebtschlammverfahren ähnelt, außer dass anstelle von Luft reiner Sauerstoff in das Abwasser injiziert wird.
• Belüfteter Teich/Lagunenprozess – Es ist ein aerobes Verfahren, das dem belüfteten Belebtschlammverfahren ähnelt. In diesem Prozess werden mechanische Belüfter verwendet, um entweder Luft in das Abwasser einzublasen oder um eine gewaltsame Bewegung des Abwassers und der Luft zu verursachen, um Sauerstoff in das Abwasser zu übertragen.
• Tropfkörperverfahren – Es ist ein festes-Film-aerobes Verfahren, bei dem ein Behälter mit Material mit hohem Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis verwendet wird. Abwasser wird am oberen Ende des Behälters abgelassen und rieselt (perkoliert) das Material hinab. Bakterien wachsen auf dem Material und nutzen die organischen Stoffe und Stickstoff aus dem Abwasser. Ein typisches Tropfkörperverfahren ist in Abbildung 1 dargestellt.
• Rotierendes biologisches Verfahren – Es ist ein festes-Film-aerobes Verfahren, ähnlich dem Tropfkörperverfahren, außer dass das Material horizontal über dem Abwasserbehälter unterstützt wird. Das Material, auf dem die Bakterien wachsen, wird kontinuierlich rotiert, sodass es abwechselnd im Abwasser und in der Luft ist.
• Oxidationsgrabenverfahren – Dieses Verfahren ist dem Belebtschlammverfahren ähnlich. Physikalisch ist ein Oxidationsgraben ringförmig und mit mechanischen Belüftungsvorrichtungen ausgestattet.

Abb. 1 Typisches Tropfkörperverfahren

Membrantechnologien

Bei der Behandlung von industriellem Abwasser werden Membrantechnologien zunehmend wichtiger. Mit Hilfe dieser Technologien ist es möglich, Partikel, Kolloide und Makromoleküle zu entfernen, sodass Abwasser desinfiziert werden kann. Membrantechnologien werden normalerweise nach dem Größenbereich der getrennten Arten klassifiziert.

Wichtige Membrantechnologien für industrielles Abwasser sind:

• Umkehrosmose – Umkehrosmose wird verwendet, um gelöste Salze und kleine organische Stoffe zu trennen.
• Nanofiltration – Dieses Verfahren wird für die selektive Demineralisierung von Wasser oder Konzentration organischer Lösungen verwendet. Das Verfahren wird für die Trennung von Antibiotika verwendet.
• Ultrafiltration – Das Verfahren wird verwendet, um Emulsionen, Kolloide, Makromoleküle oder Proteine zu trennen.
• Mikrofiltration – Das Verfahren wird verwendet, um kleine Partikel, große Kolloide und mikrobielle Zellen zu trennen.