Druckentspannungsflotation

Die Druckentspannungsflotation ist allgemein ein Trennverfahren, bei dem ein unter Druck im Wasser gelöstes Gas bei der Druckverminderung (Entspannung) ausgast und beim Aufstieg sich an schwebende Feststoffpartikel anlagert, so dass deren Flotation ermöglicht wird. Bei der Entspannungsflotation wird Abwasser oder ein Teilstrom des Klarwassers in der Regel bei einem Überdruck von 4 bis 6 bar mit Luft gesättigt und anschließend über die Entspannungsarmaturen in das Flotationsbecken geleitet. Nach der Entspannung auf Atmosphärendruck perlt die überschüssige Luft in Form feiner Blasen aus. Die Gasblasen bilden in der Kontakt- und Mischzone mit dem Feststoff ein Agglomerat, das aufgrund seiner geringen Dichte an die Oberfläche des Beckens steigt und dort abgeräumt werden kann.

Folgende Aspekte sind bei der Entspannungsflotation zu beachten:

  1. Hohe Luftsättigung von Abwasser und Druckwasser
  2. Erzeugung eines optimalen Gasblasenspektrums 
  3. Anlagerung von Gasblasen an Feststoffe 
  4. Geometrie und Auslegung des Flotationsbeckens insbesondere im Hinblick auf die Strömungsstruktur und das Abräumen der aufgestiegenen Feststoffe

Die Luftzugabe zum Abwasser und Druckwasser kann durch Einblasen in ein Mischrohr, mit Hilfe eines Abstromreaktors, über einen Injektor oder in einen Druckkessel erfolgen. Durch eine Kombination der verschiedenen Methoden ist es möglich, mit geringem Energieverbrauch das erforderliche Luft-Feststoff-Verhältnis zu erzielen.

Aus der Literatur ist bekannt, dass mit mittleren Gasblasendurchmessern von 50 bis 80 µm der beste Flotationseffekt erreicht werden kann. Die Größe der erzeugten Gasblasen hängt neben der Gas- und Wasserart, dem Sättigungsdruck, dem pH-Wert, der Viskosität und der Oberflächenspannung des Wassers vor allem aber von der Konstruktion der Entspannungsarmatur ab. Mit Düsen, Nadel- oder Kegelventilen können diese kleinen Gasblasen erzeugt werden. Dabei muss die Entstehung von größeren Blasen vermieden werden, da diese sonst die gewünschten kleinen Blasen mit nach oben reißen, bevor diese sich mit dem Feststoff verbinden können.

Die Anlagerung der Gasblasen an die Feststoffteilchen kann mit folgenden Mechanismen erfolgen:

  • Haftungsvorgänge durch elektrostatische Bindungen;
  • Einfangen und Einlagerung von Gasblasen in das Gefüge der Flocke;
  • Entstehung von Gasblasen auf der Oberfläche der Feststoffe.

Die Oberflächenladung der Flocken hat bei diesem komplexen Mechanismus einen entscheidenden Einfluss auf die Anlagerung, diese ist bei einem Ladungsausgleich der Teilchen am besten.

Die Strömungsstruktur im Flotationsbecken ist von entscheidender Bedeutung für die Belastbarkeit der Anlage. Sie wird durch die Geometrie des Beckens, die Anordnung des Zu- und Ablaufs sowie die Einbauten bestimmt. 

Mit Hilfe der Druckentspannungsflotation ist es auch bei nicht sedimentierenden Schlämmen möglich durch eine Erhöhung des TS-Gehalts in der Belebung die Leistung der Kläranlage zu erhöhen. Für den erfolgreichen Einsatz dieser Technologie sind die Kenntnisse der Schlammeigenschaften vor allem des Zeta-Potentials von entscheidender Bedeutung.

Die Druckentspannungsflotation hat zumindest Trenntechnisch kaum Probleme mit Schwimmschlamm, da bei der Flotation der Flotatschlamm an der Oberfläche abgeräumt wird und das Klarwasser unter der Tauchwand aus dem Flotationsraum fließt. In der Nachklärung erfolgt zudem keine Rücklösung von Phosphor, da das Wasser in der Flotation ausreichend mit Luft versorgt ist.