Was ist Emulsionsspaltung?
Unter Emulsionsspaltung versteht man die gezielte Aufhebung der Stabilität einer Emulsion mit anschließender Trennung in eine wasserreiche und eine ölreiche Phase. In Industrieabwässern handelt es sich überwiegend um Öl-in-Wasser-Emulsionen.
Die Emulsionsspaltung ist von der Abscheidung freien Öls zu unterscheiden. Freies Öl kann häufig über Ölabscheider oder Koaleszenzsysteme entfernt werden. Emulgierte Öltröpfchen sind dagegen sehr klein und bleiben durch Grenzflächenkräfte stabil im Wasser verteilt.
Warum sind Emulsionen stabil?
Die Stabilität wird hauptsächlich durch emulgierende Stoffe wie Tenside verursacht. Diese lagern sich an der Oberfläche der Öltröpfchen an und verhindern das Zusammenfließen der einzelnen Tropfen.
Wichtige Einflussgrößen sind:
- Art und Konzentration der Tenside
- pH-Wert
- Salzgehalt
- Temperatur
- Tröpfchengröße
- Ölart und Ölkonzentration
- zusätzliche Prozesschemikalien
Je stärker eine Emulsion stabilisiert ist, desto aufwendiger wird ihre Behandlung.
Wie funktioniert die Emulsionsspaltung?
Die Behandlung erfolgt meist mehrstufig:
- Sammlung und Homogenisierung des Abwassers
- Entfernung freier Ölanteile und grober Feststoffe
- Entstabilisierung der Emulsion
- Bildung größerer Öl-Flocken
- Trennung der entstandenen Ölphase
- Nachbehandlung des Wassers
Die eigentliche Emulsionsspaltung erfolgt durch die Neutralisierung oder Zerstörung der stabilisierenden Grenzflächenstrukturen. Anschließend können die Öltröpfchen zusammenwachsen und abgetrennt werden.
Welche Verfahren werden eingesetzt?
Chemisch-physikalische Emulsionsspaltung
Am häufigsten werden pH-Anpassungen, Koagulanten und Flockungsmittel eingesetzt. Eisen- oder Aluminiumsalze reduzieren die gegenseitige Abstoßung der Öltröpfchen und fördern die Bildung größerer Aggregate.
Anschließend werden die entstandenen Flocken meist mittels Flotation oder Sedimentation entfernt.
Flotation
Bei der Druckentspannungsflotation werden feine Luftblasen erzeugt, die sich an die Öl-Flocken anlagern. Die beladenen Flocken steigen an die Wasseroberfläche auf und können dort abgeschöpft werden.
Die Flotation wird häufig nach einer Koagulations- und Flockungsstufe eingesetzt.
Membranverfahren
Mikrofiltration und Ultrafiltration trennen Öltröpfchen mechanisch über eine Membran. Dabei entsteht:
- Permeat (gereinigte Wasserphase)
- Retentat (aufkonzentrierte Ölphase)
Membranverfahren sind besonders interessant für Prozesskreisläufe und Wasserrecycling, erfordern jedoch eine wirksame Fouling-Kontrolle.
Thermische Verfahren
Bei sehr stabilen oder hoch belasteten Emulsionen können thermische Verfahren eingesetzt werden. Dabei wird Wasser verdampft und die ölhaltigen Bestandteile werden konzentriert.
Diese Verfahren sind technisch wirksam, jedoch energieintensiver als klassische chemisch-physikalische Behandlungen.
Wichtige Betriebsparameter
Die Leistungsfähigkeit einer Emulsionsspaltung wird von mehreren Faktoren bestimmt:
- Ölkonzentration
- Tensidzusammensetzung
- pH-Wert
- Temperatur
- Salzgehalt
- Reaktionszeit
- Dosierung der Behandlungsmittel
Da sich industrielle Abwässer oft stark unterscheiden, werden geeignete Betriebsbedingungen üblicherweise durch Labor- oder Technikumsversuche ermittelt.
Industrielle Herausforderungen
Schwankende Abwasserzusammensetzung
Produktionsumstellungen oder wechselnde Chemikalien können die Stabilität einer Emulsion deutlich verändern. Dadurch verlieren bereits eingestellte Dosierungen ihre Wirksamkeit. Eine Vergleichmäßigung und regelmäßige Überprüfung der Betriebsparameter sind daher wichtig.
Reststoffanfall
Die chemisch-physikalische Behandlung erzeugt ölhaltige Schlämme oder Flotate. Diese Reststoffe müssen entwässert, gelagert und fachgerecht verwertet oder entsorgt werden.
Wasserrecycling
Für eine Kreislaufführung genügt die Entfernung von Öl häufig nicht. Gelöste organische Stoffe, Salze oder Tensidreste können zusätzliche Aufbereitungsschritte wie Filtration, Aktivkohle oder Membranverfahren erforderlich machen.
Gesetzliche und technische Anforderungen
Die Anforderungen an die Behandlung emulsionshaltiger Industrieabwässer hängen unter anderem von Branche, Einleitweg und Genehmigungssituation ab. Relevant sein können Vorgaben aus dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG), der Abwasserverordnung (AbwV) sowie kommunale Einleitbedingungen.
Konkrete Überwachungswerte und Anforderungen sind stets standort- und genehmigungsspezifisch zu prüfen.
Fazit
Die Emulsionsspaltung ist ein zentrales Verfahren zur Behandlung ölhaltiger Industrieabwässer. Ziel ist die Aufhebung der Emulsionsstabilität und die anschließende Trennung von Öl- und Wasserphase. Häufig kommen chemisch-physikalische Verfahren in Kombination mit Flotation oder Membrantechnik zum Einsatz.
Für eine sichere Auslegung müssen Zusammensetzung, Stabilität und Schwankungen der Emulsion berücksichtigt werden. Neben der Ablaufqualität spielen Reststoffanfall, Betriebssicherheit und mögliche Anforderungen an Wasserrecycling und Kreislaufführung eine wichtige Rolle.
