Neutralisation mit natürlicher Kohlensäure
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Neutralisation

Neutralisation

Reaktion von Säure und Lauge unter Bildung von Salz und Wasser. Viele gewerbliche und industrielle Abwässer müssen vor Einleitung in öffentliche Abwasseranlagen oder Vorfluter neutralisiert werden. Saure Abwässer werden dabei mit Lauge, (z. B. Kalkmilch, Natronlauge), alkalische Abwässer mit Säure (z. B. Salz- oder Schwefelsäure) neutralisiert.

Unter Neutralisation wird allerdings nicht allein das Einstellen auf pH 7 verstanden, sondern auch das Einstellen auf spezielle pH-Werte, u.a. zur Fällung von Schwermetallhydroxiden. Ein häufiger Nachteil dieser Verfahren ist die Erhöhung der Salzfracht im Abwasser.

Die Neutralisation ist die am häufigsten durchgeführte Korrekturbehandlung. Dabei werden alkalische oder saure Abwässer durch pH-Wert-Regelung in Verbindung mit Säure- oder Laugendosierung annähernd neutral (pH 6 bis 9) eingestellt.

Als Lauge wird üblicherweise Natronlauge, Kalkmilch oder in Verbindung mit Fällungsreaktionen auch Sodalösung verwendet. Als Säuren werden Schwefelsäure, Salzsäure oder Kohlensäure dosiert. Als besonders wirtschaftliches Verfahren zur Neutralisation alkalischer Abwässer ist in den letzten Jahren die Verwendung von Rauchgas entwickelt worden. Die Dosierung von Säuren oder Basen ist auch oftmals Bestandteil von Reinigungsoperationen (Fällen, Entgiftung) und dann nicht als Korrekturbehandlung anzusehen.

Neutralisation von sauren oder alkalischen Abwässern

Der pH-Wert sollte in der Nähe des Neutralpunktes liegen. Vorgeschrieben für Gewässer sind ein pH-Wert von 6,0 bis 8,0.Ein sicherer Betrieb einer biologischen Anlage ist nur dann gewährleistet, wenn Abwässer vor Eintritt neutralisiert werden, da nichtneutrale Abwässer die am biochemischen Abbau beteiligten Mikroorganismen schädigen. Es gibt mehrere technische Verfahren. Säure bzw. Base werden möglichst homogen einmischt. Die Menge des Neutralisationsmittels werden allgemein über ein pH- Wertmessgerät gesteuert. Eine Automatische Regelung des pH-Wertes bei stark schwankendender Abwasserzusammensetzung ist problematisch, aufgrund der logarithmischen Funktion des pH-Wertes. Um größere pH -Wertspitzen auszugleichen, werden Abwässer in ein Ausgleichbecken geleitet. Bei kleinen Wassermengen hat sich eine Neutralisation von sauren Abwässern ,welche über ein Bett von Kalkstein(CaCO3) oder Dolomit (CaCO3MgCO3) fließen, bewährt.

Neutralisation mit Kohlensäure

Alkalische Abwässer können zwar mit Mineralsäuren neutralisiert werden, aber der verfahrenstechnische Aufwand ist hoch und der Umgang mit diesen Säuren keineswegs unproblematisch. Ganz anders die Neutralisation mit Kohlensäure.

Während starke Säuren den pH-Wert schlagartig verändern, verläuft die Neutralisationskurve mit Kohlensäure wesentlich flacher. Dadurch läßt sich der zulässige pH-Wert einfacher ansteuern und besser kontrollieren. Außerdem führt die Neutralisation mit Kohlensäure zu einer maßgeblichen Erhöhung der Pufferkapazität des behandelten Abwassers. So wird ein sehr stabiler pH-Endwert erreicht, und eine Übersäuerung des behandelten Abwassers ist ausgeschlossen. Chemisch gesehen erfolgt die Neutralisation in zwei Phasen. Soll beispielsweise Natronlauge mit einem pH-Wert von über 11 neutralisiert werden, verläuft die erste Phase nach Zugabe von C02 entsprechend der Reaktionsgleichung:

2 NaOH + CO2 –> Na2CO3 + H2O

Nach weiterer Einleitung von CO2 bildet sich in der zweiten Phase aus dem Carbonat ein Hydrogencarbonat entsprechend der Reaktionsgleichung:

Na2CO3 + CO2 + H2O –> 2 NaHCO3

Carbonate und Hydrogencarbonate sind im Gegensatz zu den Salzen der starken Säuren umweltverträglich. Ein weiterer unschätzbarer Vorteil: Das Naturprodukt CO2 ist ungiftig, nicht brennbar, sicher bei der Lagerung und einfach in der Handhabung. Man kann also mit Recht behaupten, daß CO2 die umweltfreundlichste Neutralisation alkalischer Abwässer ermöglicht. Das gilt auch für die Neutralisation kalkhaltiger Abwässer. Hier lautet die Neutralisationsgleichung:

2 CO2 + Ca(OH)2 –> Ca(HCO3)2

Stöchiometrisch werden 11 kg CO2 benötigt, um 1 m³ Abwasser mit 1 % NaOH zu neutralisieren. Jedes Kilo NaOH bindet also zur Umsetzung der Natronlauge in 100 % Hydrogencarbonat 1,1 kg CO2. Im Vergleich mit den alternativ einsetzbaren starken Mineralsäuren ergibt sich: CO2-Verbrauch (Kohlensäure) = 11 kg/m³ Abwasser H2SO4 -Verbrauch (Schwefelsäure 96 %) = 12,8 kg/m³ Abwasser HCI-Verbrauch (Salzsäure 30 %) = 30,4 kg/m³ Abwasser

 

CO2 oder Salzsaeure

CO2 oder Salzsaeure

In der Praxis liegt der tatsächliche CO2-Bedarf darüber hinaus um 20 – 30 % niedriger, weil: der zulässige pH-Grenzwert von 8,5 exakt angesteuert werden kann und die bei der Bildung von Carbonaten und Hydrogencarbonaten entstehende Pufferwirkung sich günstig auf den Verbrauch auswirkt.

Der in der Praxis ermittelte Verbrauchswert beläuft sich somit pro m³ Abwasser mit 1 % NaOH nur auf ca. 8,5 kg CO2.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, CO2 mit Abwasser zur Reaktion zu bringen. Entscheidend für die Wahl des Neutralisationsverfahrens sind Abwassermenge, Konzentration und Betriebsverhältnisse. Speziell bei unterschiedlichen alkalischen Konzentrationen (Getränkebetriebe) empfehlen wir, die Konzentrate separat aufzufangen und dann im Teilstrom mit den sonstigen Betriebsabwässern zu neutralisieren. Fallen alkalische und saure Abwässer an (Molkereien, Textilbetriebe), sollte zur Vorneutralisation ein entsprechend großer Pufferbehälter vorgeschaltet werden. Danach wird der alkalische Überhang mit CO2 neutralisiert. Die chargenweise Neutralisation empfiehlt sich nur bei geringen Abwassermengen. Folgende leistungsfähige Anlagensysteme zur Abwasserneutralisation mit CO2 im Durchlaufverfahren haben sich bewährt:

-Begasungsmodule -statische Mischer -Rührwerke -Tauchbelüfter -externe Reaktoren

Sämtliche Systeme sind mit Meß-, Regel und Registriersystemen ausgerüstet, wie es die gesetzlichen Auflagen für die Abwasserneutralisation vorschreiben. CO2-Verbrauch und Füllstand werden an der Waage der CO2-Behälteranlage kontrolliert Der Abwasserneutralisation mit CO2 gehört die Zukunft, denn sie ist umweltgerecht, problemlos und ungefährlich. Betriebe, die sich dafür entscheiden, handeln umweltbewußt und sichern sich gleichzeitig wirtschaftliche Vorteile.

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