Anwendungen der physikalisch-chemischen Behandlung
Die Anwendungen der physikalisch-chemischen Behandlung in der Wasseraufbereitung sind sehr zahlreich, darunter:
Koagulation von Milch
Hier wird in drei Schritten erklärt, wie durch die Gerinnung der Milch Käse entsteht.
Der Entstehungsprozess des Käses vollzieht sich in drei großen Schritten:
- Zunächst ist es wichtig, das Kasein mithilfe von Enzymen zu spalten
- Um zum nächsten Schritt, der Aggregation der Mizellen durch Ausflockung, überzugehen, müssen 80% des Caseins katalysiert worden sein.
- Die Ausflockung findet in der Phase des Einlabens der Milch statt. Dieser Schritt ist der physikalische Prozess der Aggregation von Kaseinpartikeln zu einem Gel.
- Nach dem Verlust ihres wasserlöslichen Schwanzes kann das Kasein die Partikel nicht mehr getrennt halten. Die Mizellen kommen in Kontakt und bilden Ketten und Klumpen, die weiter wachsen und ein dreidimensionales Netzwerk bilden, das Wasser einschließt. So entsteht ein Gel.
- Schließlich, in der dritten Phase der enzymatischen Koagulation, bilden sich die Netzwerke weiter, was zu einer Verfestigung des Gels führt. Wenn dieses Gel ausreichend steif ist, wird der Käse geschnitten.
Koagulation in der Chemie
Die chemische Koagulation kann verschiedene Formen annehmen und unterscheidet sich stark von denen, die im Bereich der Wasserwirtschaft zu finden sind.
Flokkulierung von Schwebstoffen
Die Flokkulierung von Schwebstoffen wird oft zur Beseitigung von Trübungen eingesetzt. Diese Trübung beeinträchtigt die Wirksamkeit von Desinfektionsbehandlungen. Daher wird die Flokkulierung in Verbindung mit der Koagulation und als letzter Schritt eingesetzt, um die Größe der Flocken durch Zugabe von Polymeren zu erhöhen. Anschließend können diese Flocken durch Dekantierung oder Flotation vom behandelten Wasser getrennt werden.
Flokkulierung von Erde und Ton
Ton verleiht den Böden, in denen er vorkommt, besondere Eigenschaften, die auf :
- ihre sehr geringe Größe
- die Blattstruktur
- die negative Ladung, die sie tragen (elektronegative Kolloide).
Sie bilden mit dem Bodenwasser und anderen Kolloiden (insbesondere Huminsäuren) komplexe kolloidale Lösungen, die ausflocken, wenn die Oberflächenladungen der Partikel durch Kationen neutralisiert werden. Dieses Phänomen ist reversibel, so dass die Partikel ihren dispergierten Zustand wiedererlangen, wenn die Kationen durch Spülen entfernt werden.
Die Ausflockung der Ton-Humus-Komplexe führt zur Agglomeration der anderen feinen Bodenbestandteile (Schluff, Sand). Der Grad der Ausflockung lässt sich daran ablesen, ob die Erdschollen lückenhaft und luftig sind, ob sie mechanischem Druck und Regen standhalten, ohne sich aufzulösen, oder ob das Gegenteil der Fall ist (Klopfboden). Vereinfacht gesagt ist der Grad der Ausflockung umso höher, je mehr große Kationen mit einem großen Ladungsmangel beteiligt sind.
Die Kationen Al+++, Fe+++, Ca++, Mn++, Mg++, Fe++ ermöglichen festere Ausflockungen als die Ionen K+, Na++… Das „Schlimmste“ ist das H+-Ion, das außerdem den Böden eine umso säurehaltigere Reaktion verleiht, je höher seine Konzentration ist. Der Mineralstoffaustausch zwischen Pflanzen und Boden (oder anders ausgedrückt: die Fruchtbarkeit) hängt sehr stark von der Flockungsqualität der Ton-Humus-Komplexe ab.
FAQ
Was ist ein Jar-Test und warum ist er bei der physikalisch-chemischen Behandlung unerlässlich?
Der Jar-Test ist eine Labormethode zur Simulation des Koagulations-Flokkulierungsprozesses unter kontrollierten Bedingungen. Er dient dazu, den Typ und die optimale Dosis der zu verwendenden Reagenzien (Koagulationsmittel, Flokkulierungsmittel) entsprechend der Qualität des zu behandelnden Wassers zu bestimmen. Durch diesen Test wird die Behandlungsleistung verbessert und gleichzeitig die Kosten und Umweltauswirkungen durch einen übermäßigen Chemikalienverbrauch reduziert.
Kann Abwasser nach einer physikalisch-chemischen Behandlung wiederverwendet werden?
Ja, in vielen Industriezweigen kann physikalisch-chemisch behandeltes Abwasser für nicht-potable Zwecke wiederverwendet werden: Kühlung von Geräten, Waschen von Materialien oder sogar bestimmte Herstellungsprozesse. Dieser Ansatz, REUT (Wiederverwendung von behandeltem Abwasser) genannt, ermöglicht eine erhebliche Reduzierung des Trinkwasserverbrauchs und trägt den Herausforderungen der Wassereinsparung Rechnung.
Welche Arten von Industrien nutzen die physikalisch-chemische Behandlung?
Die physikalisch-chemische Behandlung wird in Branchen wie der Automobilindustrie, der Lebensmittelindustrie, der Textilindustrie oder der Oberflächenbehandlung weit verbreitet eingesetzt. Jeder Sektor nutzt sie aus spezifischen Gründen: Entfernung von Schwermetallen, Fetten, Farbstoffen oder organischen Verbindungen, die schwer biologisch abbaubar sind.
Wie werden die bei der physikalisch-chemischen Behandlung anfallenden Schlämme gehandhabt?
Die anfallenden Schlämme müssen stabilisiert werden, um Fermentationen zu vermeiden und ihr Volumen zu reduzieren. Diese Stabilisierung kann biologisch (anaerobe Vergärung), chemisch (Zugabe von Kalk) oder thermisch (Trocknung) erfolgen. Nach der Stabilisierung können die Schlämme verwertet werden: landwirtschaftliche Verwertung, Kompostierung, Methanisierung oder Verbrennung mit Energierückgewinnung.
Welche neuen Technologien sind mit der physikalisch-chemischen Behandlung verbunden?
Zu den aufkommenden Technologien gehören die Membranfiltration (Ultrafiltration, Nanofiltration) zur feineren Trennung von Schadstoffen, fortgeschrittene Oxidationsverfahren (Ozon, Wasserstoffperoxid) zum Abbau resistenter organischer Verbindungen oder der Ionenaustausch zur Entfernung bestimmter Metalle. Diese Lösungen werden zunehmend in klassische Behandlungsstränge integriert, um die Wasserqualität zu optimieren.
