Abwasserbehandlung

Question 1

Abwasserquellen

Answer 1

Mutterlaugen (Zuckerraffination)
Waschwasser (Rückspülung von Filtern)
Quenchwasser (Kokskühlung)
Reinigungswasser (Erzwäsche)
Abwasser aus Abgasbehandlung (Gichtgaswäsche)
Kondensierter Dampf (Rauchgaskondensation)

Question 2

Abbaubarkeit / Entsorgung

Answer 2

Biologische Abbaubarkeit in einer biologischen Kläranlage ist schwierig vorherzusagen
Abbaubarkeitstests:
▪ Untersuchung unter aeroben Bedingungen
▪ Konzentration der Testsubstanz: 2 bis 100 mg/l
▪ Rate des biologischen Abbaus wird anhand von CSB, BSB, CO2 Parametern gemessen
→ Schneller Abbau: Positives Ergebnis
→ Langsamer Abbau: Negatives Ergebnis

Question 3

Faustregeln zur Abbaubarkeit/Entsorgung

Answer 3

Funktionelle Gruppen wie z.B. -NO2, -NH2, -COOH, -SO3H verringern den Grad des Abbaus (höhere Wasserlöslichkeit)

Question 4

Mechanische Verfahren zur Abwasserreinigung

Answer 4

Filtration -> Feststoffeindickung, Vorreinigung -> häufig schlechte Filtrierbarkeit

Question 5

Physikalisch-chemische Verfahren zur Abwasserreinigung

Answer 5

Fällung, Flockung -> fällbare Stoffe z.B. Schwermetalle ->oft nur Teilreinigung, Komplexierung

Question 6

Thermische Verfahren zur Abwasserreinigung

Answer 6

Stripping, Destillation -> flüchtige Organika, Ammonium -> begrenzte Indikation

Question 7

Chemische Verfahren zur Abwasserreinigung

Answer 7

Verbrennung -> hochkonzentrierte Ströme -> universellstes aber teuerstes Verfahren

Question 8

Biologische Verfahren zur Abwasserreinigung

Answer 8

aerob -> BSB, N–Verbindungen -> Standardverfahren

Question 9

Verfahrensverschaltung

Answer 9

Prozesswasser -> Sedimentation/Filtration -> Ultrafiltration/Fällung -> Adsorption -> Ozonierung/RO -> Aufgereinigtes Wasser

Question 10

Eigenschaften Prozess- & aufgereinigtes Wasser

Answer 10

Prozesswasser:
Grobe Aufreinigung:
▪ unspezifisch
▪ Aufreinigung von Stoffen mit hoher Konzentration
▪ Feststoffe i.d.R. zuerst abtrennen
Aufg. Wasser:
Feine Aufreinigung:
▪ spezifisch
▪ Aufreinigung von Stoffen mit geringer Konzentration

Question 11

Fällung

Answer 11

▪ Fällung gelöster Stoffe bei Überschreiten der Löslichkeitsgrenze durch Bildung weniger löslicher Verbindungen (z.B. Metallhydroxide, Metallsulfide, Metallkomplexe,…)
▪ Verfahren wird hauptsächlich zur Schwermetall-, Phosphorabscheidung eingesetzt

Question 12

Koagulation

Answer 12

▪ Koagulat nötig, da Partikel in einem Lösemittel temperaturabhängig unregelmäßige, vibrierende Bewegungen ausführen, sog. Brownsche Bewegung
▪ Ursache hierfür ist das Zusammenstoßen von Partikeln mit den sich bewegenden Lösemittelmolekülen
▪ Ein Kolloid stößt dabei im Durchschnitt 1021
-mal pro Sekunde mit einem Lösemittelmolekül zusammen
▪ Auswirkung:
* Verantwortlich für das Diffusionsverhalten von Kolloiden
* Die Ausprägung der Zusammenstöße von Kolloiden untereinander
* Unterstützt, dass die Kolloide in Lösung bleiben (verringert das Absinken durch Sedimentation)

Question 13

Flockung

Answer 13

▪ Flockung mit polymeren Flockungsmitteln
▪ Typische Polyelektrolyte: Polyacrylat (Polyanion), Polyamin (Polykation) usw.
▪ Adsorption von Polymerketten an der Partikeloberfläche
▪ Aminosäuren und Proteine haben Carboxylgruppen und Aminogruppen, die ihre Gesamtladung durch Bindung / Dissoziation von H+ - Ionen verändern können
▪ Gesamtladung der Teilchen korreliert mit dem sogenannten Zetapotential
▪ Um den isoelektrischen Punkt tritt eine starke Flockung auf Tendenz zur Agglomeration wird von pHWert beeinflusst
→ Grund: pH - abhängige Oberflächenladung

Question 14

Denitrifikation

Answer 14

Denitrifikation (anaerober Prozess)
Reduktion von Nitrat zu Stickstoff und CO2
6 NO3- + 5 CH3OH 3 N2 + 5 CO2 + 6 OH- + 7 H2O
Anwesenheit abbaubarer organischer Substanzen notwendig
▪ Erfolgt durch bestimmte heterotrophe und einige autotrophe Bakterien (= Denitrifikanten)

Question 15

Nitrifikation

Answer 15

▪ Bakterielle Oxidation von Ammoniak (NH3) bzw. Ammonium-Ionen (NH4+) zu Nitrat (NO3−)
* aerober Prozess
NH4+ + 2 O2 –> NO3- + H2O + 2 H+

Question 16

Ozonierung / Nassoxidation

Answer 16

Oxidative Umsetzung organischer Verbindungen in wässriger Lösung mit Ozon
Direkte Reaktion:
▪ pH < 4
▪ Selektive Reaktion
▪ Niedrige Reaktionsgeschwindigkeit: kD= 1 bis 103 1/ms
Indirekte Reaktion:
▪ Verbessert sich mit steigendem pH
▪ In Anwesenheit von Ozon werden Radikale (OH*) erzeugt
▪ Reagieren nicht selektiv und sehr schnell: kD= 108 bis 1010 1/ms

Question 17

(Unterkritische) Nassoxidation

Answer 17

▪ Oxidation in wässriger Lösung oder in Suspensionen
▪ Oxidationsmittel: Luftsauerstoff, reines O2, HNO3…
▪ Hoher Druck (3-220 bar): verhindert Verdampfen des Wassers
▪ Hohe Temperatur (120 - 330 °C): erhöht Oxidationsrate→ Resultat: hohe Löslichkeit von O2
▪ Neben Oxidationsreaktionen läuft auch Hydrolyse ab
▪ Aktivierung erfolgt thermisch oder thermisch und katalytisch (z.B. mit Fe2+)

Question 18

Abwasserverbrennung

Answer 18

▪ Chemische Oxidation des Abwassers in der Gasphase praktisch vollständige Überführung der organischen Stoffe in:
* Anorganische Verbrennungsprodukte (CO2, H2O)
* Ggf. in N, S oder Halogene enthaltende anorganische Stoffe
▪ Anorganische Inhaltsstoffe (Salze, Alkali) führen zu Reststoffen (Schlacken, Asche)
▪ Ggf. Abluftbehandlung des Rauchgases (Stäube, SO2)
▪ Bei Heizwert < 13 kJ/gCSB: Stützfeuer
▪ Energiebedarf abhängig von CSB

Question 19

Eindampfung

Answer 19

▪ Durch Eindampfung können Stoffe mit sehr geringem bzw. keinem Dampfdruck (meist aus Wasser) abgetrennt werden:
* Z.B. Salze, Schwermetalle Grundprozess der Eindampfung (hier an Batch-Prozess):
▪ Abwasser bis zum Siedepunkt erhitzen und Wasser abdampfen:
* Gelöster Feststoff fällt bei Erreichen des Sättigungspunktes aus
* Lösung geht in Suspension über

Question 20

Eindampfung Problem

Answer 20

▪ Problem: Fouling
* Bildung von Wandbelägen
* Gegenmaßnahme:
* Glatte Oberflächen
* Kleine Temperaturdifferenzen
* Mechanische Reinigung
→ Bei weiterer Abdampfung wird Suspension dicker und viskoser, Siedepunkt erhöht sich
▪ Problem: Klumpen - oder Schaumbildung bzw. Aushärtung:
* Verbleibenden Feststoff verbrennen oder Trocknen
* Endprodukt: Pulver / Granulat sowie abgedampftes Wasser mit eventuell noch leicht siedenden

Question 21

Grundwasserschutz

Answer 21

Ziel:
Produktionsstörungen und Entlassung gefährlicher Stoffe ins Wasser vermeiden
Strategie:
▪ Stabile und Leckage freie Einrichtungen
▪ Angemessene Lagervolumina für aufgefangene und verschüttete Chemikalien/ aufgefangenes Wasser zur Feuerbekämpfung
▪ Angemessene Überwachungs- und Steuergeräte einschließlich Alarme sowie qualifiziertes Personal
Maßnahmen:
▪ Beton- oder Asphaltböden mit versiegelter Verkleidung oder undurchlässige Farben
▪ Auffangwannen für Produktionsflächen
▪ Überwachung von Regenwasser auf organischen Gehalt, pH-Wert und Leitfähigkeit vor Entlassung
▪ Rückhaltebecken für Löschwasser und kontaminiertes Regenwasser