Koagulans für die Abwasserreinigung: wie auswählen + Verwendungsregeln

Es gibt zahlreiche Methoden zur Reinigung von Abwasser. Beim Bau von eigenständigen Kanalisationsnetzen wird neben der Installation herkömmlicher Filter, die Schadstoffe ausfiltern und das Wasser reinigen können, immer häufiger das Fällungsverfahren – die Koagulation – angewendet.

Wir erklären Ihnen das Funktionsprinzip von Koagulanzien zur Wasserreinigung. In dem hier vorgestellten Artikel werden alle in der Praxis verwendeten Varianten ausführlich beschrieben. Sie erfahren, worauf Sie bei der Auswahl achten müssen und wie Sie das Mittel richtig anwenden.

Wirkungsweise von Koagulanzien

Koagulation ist eine Methode der Wasserreinigung, bei der verunreinigende Dispersionsstoffe zusammengefügt werden, um sie anschließend mechanisch durch Filtration zu entfernen. Die Vereinigung der Schadstoffpartikel erfolgt durch die Zugabe koagulierender Reagenzien, die Bedingungen für die einfache Beseitigung der gebundenen Schadstoffe aus dem zu reinigenden Wasser schaffen.

Der Begriff „coagulatio“ bedeutet aus dem Lateinischen übersetzt „Verdickung“ oder „Gerinnung“. Koagulanzien selbst sind Substanzen, die durch chemische Reaktion unlösliche oder schwer lösliche Verbindungen erzeugen können, die einfacher und leichter aus dem Wasser zu entfernen sind als die Dispersionsbestandteile.

Das Wirkprinzip dieser Stoffe beruht darauf, dass ihre molekulare Form eine positive Ladung aufweist, während die meisten Verunreinigungen negativ geladen sind. Das Vorhandensein von zwei negativen Ladungen in der Atomstruktur der Schmutzpartikel verhindert, dass sie sich miteinander verbinden. Aus diesem Grund wird schmutziges Wasser immer trüb.

Wenn eine kleine Menge Koagulationsmittel in die Flüssigkeit gegeben wird, beginnt die Substanz, die darin enthaltenen Schwebstoffe anzuziehen. Das Ergebnis: Mit zunehmender Intensität des gestreuten Lichts wird die Flüssigkeit für kurze Zeit trüber. Denn ein Molekül Koagulationsmittel kann problemlos mehrere Schmutzmoleküle anziehen.

Koagulationsmittel fördern die Bildung stabiler Bindungen zwischen feinen Schmutzpartikeln und den im Wasser befindlichen Mikroben.

Die angezogenen Schmutzmoleküle gehen eine Reaktion mit dem Koagulationsmittel ein, bei der sie sich zu großen, komplexen chemischen Verbindungen zusammenschließen. Schwerlösliche, hochporöse Substanzen setzen sich nach und nach als weißer Bodensatz ab.

Die Aufgabe des Betreibers besteht lediglich darin, den Bodensatz rechtzeitig mit einer der verfügbaren Filtrationsmethoden zu entfernen.

Die sich gegenseitig anziehenden Moleküle bilden große Partikel, die aufgrund ihres erhöhten Gewichts absinken und anschließend durch Filtration entfernt werden.

Die Wirksamkeit des Mittels lässt sich an der Bildung eines Bodensatzes in Form weißer flockiger Gebilde – Flocken – erkennen. Daher wird der Begriff „Flockung“ häufig als Synonym für „Koagulation“ verwendet.

Die entstehenden Flocken, deren Größe zwischen 0,5 und 3,0 mm liegen kann, haben eine große Oberfläche mit hoher Sorptionsfähigkeit für die abzuscheidenden Stoffe.

Neben der Reinigung von Abwasser werden Koagulanzien auch in der Wasseraufbereitung in Schwimmbädern eingesetzt, sowie bei der Aufbereitung von Brauch- und Trinkwasser in Regionen mit begrenzten Wasserressourcen. Wir empfehlen, sich über die Möglichkeiten koagulierender Chemikalien zu informieren, deren Eigenschaften auf unserer Website beschrieben sind.

Einsatz von Reagenzien: Vor- und Nachteile

Die Effizienz moderner Anlagen zur Neutralisierung von Verunreinigungen im Abwasser kann ohne den Einsatz von Reagenzien nicht das maximale Niveau erreichen.

Moderne Koagulanzien ermöglichen es, die Intensität und Qualität des Abwasserreinigungsprozesses erheblich zu steigern. Die hohen Kosten der Reagenzien werden durch eine Reihe von Vorteilen, die sie bieten, wettgemacht.

Zu den unbestreitbaren Vorteilen des Einsatzes synthetischer Koagulanzien zählen:

• Effizienz;
• günstiger Preis;
• hohe Reinigungsqualität;
• Vielseitigkeit der Anwendung.

Abwasser stellt ein stabiles, aggressives System dar. Die Koagulation hilft, dieses System zu zerstören, indem sie große Partikel bildet, die anschließend durch Filtration entfernt werden können.

Der Einsatz von Reagenzien liefert gute Ergebnisse bei der Entfernung von Schwebstoffen und kolloidalen Partikeln aus dem Abwasser.

Im Grunde sind die Partikel der koagulierenden Phase, die unter Einwirkung von Koagulanzien gebildet werden, gleichzeitig das Zentrum der Flockenbildung und der Beschwerer.

Aber die Sedimentationsmethode mit Reagenzien hat auch Nachteile. Dazu zählen:

• Notwendigkeit einer strengen Einhaltung der Dosierung;
• Bildung einer großen Menge an Sekundärabfällen, die einer zusätzlichen Filtration bedürfen;
• Arbeitsaufwand für die eigenständige Einrichtung des Prozesses.

In industriellem Maßstab werden Koagulationsprozesse überall eingesetzt und sind standardisiert. Für die Einrichtung eines solchen Systems im häuslichen Bereich müssen spezielle Anlagen erworben werden, deren Kosten recht hoch sind.

Die meisten Hausbesitzer lösen dieses Problem durch die Verwendung einzelner Koagulanzien für den Haushalt, die in kleinen Gebinden verkauft werden.

Die Wirkstoffe werden einfach der Flüssigkeit zugesetzt, und dann wird das am Boden abgesetzte Sediment abfiltriert; dieser Prozess ist jedoch recht arbeitsintensiv und nimmt daher viel Zeit in Anspruch.

In einigen Fällen kann die Koagulation direkt in der mechanischen Filtrationseinrichtung durchgeführt werden. Dazu wird das Reagenz in einen Abschnitt der Rohrleitung mit der zu behandelnden Flüssigkeit vor der Zuführungsstelle zum Filter eingeleitet. In diesem Fall gelangen dann bereits die in Flocken umgewandelten Fremdpartikel in die Filteranlage.

Hauptarten von Koagulanzien

Es gibt viele Arten von Koagulanzien. Wir werden ihre Formeln in diesem Artikel nicht im Detail auflisten. Wir betrachten nur zwei Hauptgruppen, die je nach Ausgangsmaterial in organische und anorganische unterteilt werden.

Eine Kategorie von Koagulationsmitteln kann Wasser enteisenen und Aluminiumsalze entfernen, eine andere den pH-Wert erhöhen oder senken, einige Reagenzien haben eine komplexe Wirkung.

Heute wird die Produktion von Koagulationsmitteln von vielen inländischen und ausländischen Unternehmen betrieben. Die von ihnen hergestellten Reagenzien der neuen Generation unterscheiden sich von den noch zu Sowjetzeiten hergestellten Koagulationsmitteln durch verbesserte technische Eigenschaften.

Organische Naturstoffe

Sie sind speziell entwickelte Reagenzien, die durch Beschleunigung der Verklumpung der im Wasser vorhandenen aggressiv instabilen Partikel die Prozesse der Abtrennung und Sedimentation erleichtern. Die organische Substanz hilft, die Vereinigung der Schadstoffe zu dichten Suspensionen und Emulsionen zu stimulieren, die den Prozess ihrer Entfernung aus dem Wasser erleichtern.

Hochmolekulare Substanzen bekämpfen Chlor gut und beseitigen effektiv unangenehme ‚Aromen‘ in der Flüssigkeit, zum Beispiel den in eisenhaltiger Flüssigkeit oft vorkommenden Geruch von Schwefelwasserstoff.

Bei der Wechselwirkung mit Schadstoffmolekülen verkleinern sich organische Koagulationsmittel erheblich. Nach Abschluss der Reaktion fallen sie als geringe Menge Niederschlag aus.

Dank der Minimierung des am Boden des Behälters angesammelten Niederschlags ist die Filtration viel einfacher und schneller. Dabei beeinträchtigt die verringerte Niederschlagsmenge die Reinigungsqualität in keiner Weise.

Aufgrund der begrenzten Rohstoffbasis haben natürliche Reagenzien keine breite Anwendung in der industriellen Abwasserreinigung gefunden. Für den Hausgebrauch werden sie jedoch häufig verwendet.

Synthetische koagulierende Verbindungen

Diese Reagenzientypen werden auf Basis mineralischer und synthetischer Elemente hergestellt. Polymere fördern die Bildung einer hohen Kationenladung und stimulieren so die schnelle Bildung von Flocken. Sie interagieren hervorragend mit Wasser und haben eine komplexe Wirkung: Sie machen die Struktur weicher und befreien sie von groben Verunreinigungen und Salzen.

Am weitesten verbreitet sind Salze mehrwertiger Metalle auf Eisen- oder Aluminiumbasis. Eisen wird für die Grobreinigung verwendet.

Flockungsmittel – sekundäre Koagulationsmittel, die Suspensionen und Emulsionen in Flocken verwandeln, werden zusammen mit primären Koagulationsmitteln eingesetzt. Dieses Tandem kann sowohl kleine Mengen häuslicher Abfälle als auch große, von Industrieunternehmen erzeugte Volumina reinigen.

Zu den beliebtesten Eisenverbindungen zählen:

• Eisen(III)-chlorid – hygroskopische Kristalle mit dunklem metallischem Glanz, entfernen hervorragend große Schmutzpartikel und beseitigen leicht den Geruch von Schwefelwasserstoff;
• Eisen(II)-sulfat – ein kristallines, hygroskopisches Produkt, das sich gut in Wasser löst und bei der Reinigung von Kanalisationsabwässern wirksam ist.

Aufgrund der geringen Viskosität bei niedrigem Molekulargewicht lösen sich solche Reagenzien hervorragend in jeder Art von zu behandelnder Flüssigkeit.

Unter den auf Aluminium basierenden Koagulationsmitteln haben sich folgende am weitesten verbreitet:

• Aluminiumoxychlorid (OChA) – wird zur Behandlung von Wasser mit erhöhtem Gehalt an natürlichen organischen Stoffen eingesetzt;
• Aluminiumhydroxychlorsulfat (GSChA) – bewältigt hervorragend natürliche Ablagerungen in Abwässern;
• Aluminiumsulfat – ein ungereinigtes technisches Produkt in Form von graugrünen Stücken wird zur Reinigung von Trinkwasser verwendet.

In früheren Jahren wurden Polymere nur als Zusatz zu anorganischen Koagulationsmitteln verwendet, um als Stimulatoren zu wirken, die die Flockenbildung beschleunigen. Heute werden diese Reagenzien immer häufiger als primäre Mittel eingesetzt und ersetzen damit die anorganischen.

Vergleicht man organische und synthetische Substanzen, so haben erstere den Vorteil, dass sie viel schneller wirken. Außerdem können sie in nahezu jedem alkalischen Milieu funktionieren und reagieren nicht mit Chlor.

Für die Adsorption von im Wasser gelösten Salzen, Schwermetallionen und anderen Schwebstoffen wird eine um ein Vielfaches geringere Menge des organischen Reagenzes benötigt als des synthetischen Analogons (+)

Organische Wirkverbindungen haben auch den Vorteil, dass sie den pH-Wert im Wasser nicht verändern. Dadurch können sie zur Reinigung von Wasser eingesetzt werden, in dem Planktonkolonien, Algen und große Mikroorganismen vorkommen.

Empfehlungen zur Auswahl der Mittel

Die Auswahl eines Koagulationsmittels für die Abwasserreinigung erfordert große Sorgfalt. Denn obwohl die Substanz keine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellt, hat sie in ihrer Wirkung eine recht enge Spezialisierung.

Bei der Auswahl eines Koagulationsmittels für die Abwasserreinigung kann man auch auf Nachschlagewerke zurückgreifen, jedoch sollte man vor dem Kauf des Verbrauchsmaterials dennoch Fachleute konsultieren, die auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung spezialisiert sind.

Um sich vor Enttäuschungen zu schützen, falls die Wirksamkeit des Koagulanzmittels gering ist, empfehlen wir, das Wasser vorab analysieren zu lassen. Laboruntersuchungen geben Aufschluss über die Zusammensetzung und helfen, die am besten geeignete Behandlungsart zu bestimmen.

Mit Kenntnis der Zusammensetzung des verschmutzten Wassers fällt es viel leichter, die optimale Koagulanzvariante auszuwählen, die das Problem schnell löst.

Koagulanzien sind recht spezifische Substanzen. In manchen Fällen können sie Elemente aus dem Wasser entfernen, in anderen hingegen ihre Wirkung verstärken. Beispielsweise kann der Einsatz eines Wirkstoffs auf Basis von Aluminium- und Eisensulfat einen dreifachen Effekt erzielen: den Inhalt reinigen, ihn enteisenen und deutlich enthärten.

Bei der Verwendung jeder Art von Koagulanzien ist es wichtig, die vom Hersteller empfohlene Dosierung einzuhalten. Eine zu geringe Menge des Wirkstoffs löst zwar eine Reaktion aus, diese verläuft jedoch nicht so intensiv, wie für eine ordnungsgemäße Reinigung erforderlich. Der Niederschlag fällt langsam aus, und die Flüssigkeit wird nicht von schädlichen Verunreinigungen befreit.

Zudem beginnen die Flocken bei Nichteinhaltung der Dosierung ungleichmäßig abzusetzen. Dadurch bilden sich viele Mikroflocken im Wasser, die aufgrund ihrer geringen Größe von den Filtern nicht zurückgehalten werden.

Die auf dem Markt erhältlichen Reagenzien liegen in Form von Granulaten, Fraktionen und Stücken sowie kleinen formlosen Plättchen vor.

Um die Berechnung der erforderlichen Wirkstoffmenge zu vereinfachen, bieten die Hersteller Koagulanzien in Verpackungen mit Dosierern an und legen selbstverständlich eine ausführliche Gebrauchsanweisung bei.

Bedingungen für den Ablauf des Prozesses

Die maximale Effizienz der Abwasserreinigung wird durch einen ganzheitlichen Lösungsansatz erreicht. Daher wird bei der Einrichtung von dezentralen Kläranlagen die Koagulation in Kombination mit mechanischer und biologischer Reinigung eingesetzt.

Zu diesem Zweck werden Konstruktionen mit vertikalen Absetzbecken errichtet, die durch Trennwände unterteilt sind. Dadurch durchlaufen die Abwässer eine mehrstufige Reinigung. Zunächst setzen sie sich ab, dann werden sie durch bakterielle Verarbeitung gereinigt, anschließend gelangen sie in eine Kammer, in der der Koagulationsprozess stattfindet, und werden im letzten Schritt gefiltert.

Das Koagulanz kann in einem separaten Plastikbehälter angebracht werden, der in der Toilettenschüssel hängt, sodass bei jedem Spülgang Reagenzpartikel zusammen mit dem Abwasser in das System gelangen.

Die Installation spezieller Ausrüstung, die Berechnung der ungefähren Dosis an Verbrauchsmaterialien und die anfängliche Überwachung aller Schritte des Abwasserreinigungsprozesses sollten besser Fachleuten überlassen werden.

Das Koagulationsschema umfasst drei Hauptschritte:

1. Zugabe des Koagulans in die verschmutzte Flüssigkeit.
2. Schaffung von Bedingungen für eine maximale Wechselwirkung des aktiven Reagenzes mit den Verunreinigungen.
3. Absetzenlassen mit anschließender Filtration der abgesetzten Partikel.

Eine notwendige Voraussetzung für die Koagulation ist, dass die Partikel entgegengesetzte Ladungen haben. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, nämlich eine maximale Reduzierung der Trübung der Abwässer, ist es daher äußerst wichtig, die Konzentration des verwendeten Reagenzes genau einzuhalten.

Bei der Verwendung von Koagulanzien zur Abwasserreinigung ist zu beachten, dass diese Stoffe nur bei positiven Temperaturen wirken.

Der Arbeitstemperaturbereich der Reagenzien liegt zwischen 10 und 40 °C. Bei Überschreitung dieser Temperatur verlangsamt sich die Reaktion erheblich.

Daher ist es so wichtig, eine stabile Erwärmung des zu behandelnden Wassers sicherzustellen.

Um den Koagulationsprozess zu beschleunigen, können dem Wasser Substanzen zugesetzt werden, die kolloidale Dispersionssysteme bilden können – Flockungsmittel. Zu diesem Zweck werden am häufigsten verwendet: Stärke, Polyacrylamid, aktiviertes Silikat. Sie adsorbieren an den Koagulansflocken und wandeln sie in stabilere und größere Aggregate um.

Das Flockungsmittel wird 1-3 Minuten nach der Zugabe des Koagulans in die Kontaktzone eingebracht. Zu diesem Zeitpunkt sind die Prozesse der Mikroflockenbildung und die darauf folgende Sorption der ausfällenden Substanzen abgeschlossen.

Die Menge des in den Kontaktbecken ausfallenden Schlamms hängt von der Art des verwendeten Reagenzes und dem Grad der Vorreinigung der zu behandelnden Abwässer ab.

Im Durchschnitt beträgt das Schlammvolumen pro Person und Tag nach der mechanischen Reinigung etwa 0,08 Liter, nach der Passage durch Biofilter 0,05 Liter und nach der Behandlung im Belüftungsbecken 0,03 Liter. Es muss lediglich rechtzeitig entfernt werden, sobald das Becken voll ist.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Wirkungsweise des Koagulans:

Videopräsentation von Koagulierungsprodukten für den Haushalt:

Mit der Koagulationsmethode erhalten Sie eine hervorragende Möglichkeit, mit geringem Aufwand ein hohes Ergebnis zu erzielen. Wenn Sie das Reagenz sorgfältig auswählen und die notwendigen Bedingungen für seine Verwendung schaffen, können Sie das Abwasser problemlos von vielen Verunreinigungen und Schadstoffen reinigen.

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