Flockung: Wie Flockungsmittel Trübungen im Wasser beseitigen

In vielen Fällen spielt in der Wasserbehandlung ein Vorgang eine wichtige Rolle: die Flockung. Doch was ist diese Flockung eigentlich, wie wirken Flockungsmittel und welche Vorteile bieten basische Aluminiumchloride in der industriellen Abwasseraufbereitung?
 

Warum ist Flockung in der Wasserbehandlung wichtig?

Stellen wir uns vor, wir sind an einem schönen Sandstrand an der Adria. Die Kinder bauen Sandburgen und füllen Sand und Wasser in einen Eimer. Wir beobachten, dass ein Teil des Sands sich sehr rasch am Boden absetzt, ein Teil langsamer und ein Teil bleibt sehr lange in Schwebe, das Wasser erscheint trüb. „Warum ist das so?“, fragen die Kinder.
 
Abstoßungskräfte zwischen den winzigen Sandteilchen sind dafür verantwortlich. Partikel haben eine nach außen wirkende geladene Oberfläche. Generell sind viele anorganische Partikel (zum Beispiel Sand) eher positiv geladen, organische Teilchen (etwa Belebtschlamm aus der Kläranlage) eher negativ. Gleich geladene Ladungen stoßen sich ab (wie gleiche Pole bei Magneten) und die Partikel bleiben klein. 
Dadurch ist ihre Sinkgeschwindigkeit niedrig und die Teilchen brauchen sehr lange, bis sie zu Boden sinken. Das erschwert die Wasserreinigung, denn ein wesentlicher Schritt ist in den überwiegenden Fällen die Abtrennung eines Feststoffs vom gereinigten Wasser. Der Feststoff enthält dabei üblicherweise die Schmutzstoffe.
 
Gelingt diese Trennung nicht, scheitert auch die Wasserbehandlung. Um größere Flocken zu erhalten, setzt man dem Wasser Flockungsmittel zu.
 

Flockungsmittel: Wie funktioniert die Wasseraufbereitung?

Bei der Flockung (Flokulation) werden kleinere, ungelöste Feststoffe durch geeignete Chemikalien in größere Verbände übergeführt. Die Wirkungsweise von Flockungsmitteln basiert auf unterschiedlichen Prozessen: 

1. Ladungsausgleich 
Man gibt ein Produkt zu, welches die Oberflächenladungen der Partikel teilweise neutralisieren kann. Dadurch werden die Abstoßungskräfte geringer und die Partikel beginnen sich zu größeren Agglomeraten zusammenzuschließen. Dieser Vorgang ist auch unter Koagulation bekannt. Besonders in der englischsprachigen Fachliteratur ist der Begriff coagulation und coagulants weit verbreitet. 

2. Einhüllung
Dieser Vorgang wird auch „Sweep Flocculation“ genannt. Er beruht darauf, dass die anorganischen Flockungsmittel voluminöse Hydroxide („Wolken“) ausbilden, die andere Partikel einhüllen bzw. über Oberflächenladungen anlagern können.
 
3. Brückenbildung 
Flockungshilfsmittel bilden selbst keine Flocken aus, sondern bewirken ein Zusammenballen absetzfähiger Flocken. Besonders organische Flockungshilfsmittel können Brücken zwischen den Partikeln ausbilden. Dadurch können kleinere Primärflocken zu größeren Teilchen „zusammengeklebt“ werden.
 

Industrielle Abwasseraufbereitung mit Metallsalzen

Anorganische Metallsalze werden in der Abwasserbehandlung in erster Linie zur Phosphatfällung eingesetzt. Zusätzlich wirken sie alle auch als Koagulanten. Damit sind sie eine wichtige Unterstützung bei der Abtrennung des Schlamms vom gereinigten Abwasser.
 
Während Salze wie Eisenchlorid, Eisensulfat, Aluminiumchlorid zunächst nur durch Ladungsausgleich wirken und erst nach der Dosierung in das Wasser Hydroxid-Cluster ausbilden, die dann die Flockung durch „Sweep Flocculation“ beschleunigen, sind basische Aluminiumchloride – so genannte Polyaluminiumchloride – bereits vor-hydrolysiert.
 
D.h. neben den 3-wertigen Kationen Al³⁺ existieren auch unterschiedliche große, höher geladene Aluminiumhydroxidchlorid Cluster. Diese wirken schon von sich aus durch „Sweep Flocculation“, wodurch der Prozess erheblich beschleunigt wird. Aus diesem Grund kommen Polyaluminiumchloride neben der Phosphatfällung auch bei Prozessen zum Einsatz, bei denen es vordergründig um eine gute Flockungswirkung geht.
 
Dies können Abwasseranwendungen wie Flotationsanlagen etwa in der Lebensmittelindustrie, Prozesswasseraufbereitung (Aufbereitung von Kreislaufwässern), die Papierherstellung und Altpapieraufbereitung oder auch die Trinkwasserproduktion (vor allem aus Oberflächenwässern) sein. Die Flockung kann bei diesen Vorgängen durch die Zugabe organischer Polymere (nach der Dosierung des Polyaluminiumchlorids) noch verstärkt werden.
 

Fazit: Flockungsmittel zur Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung 

Insgesamt leistet die Flockung damit einen wesentlichen Beitrag zu fast allen Prozessen zur Wasserbehandlung. Ohne die Flockung und damit auch ohne Flockungsmittel wären in vielen Regionen die Bereitstellung von sauberem Trinkwasser nicht möglich, die Abtrennung der Schmutzstoffe in Kläranlagen würde nicht funktionieren und wir hätten kein klares Wasser in den Schwimmbecken. Das Wasser würde so trüb bleiben, wie das Wasser im Eimer der Kinder am Strand.