Kurze Antwort: Schwermetallabwasser wird behandelt, indem gelöste Metalle in unlösliche Feststoffe umgewandelt werden – üblicherweise Hydroxide durch Anheben des pH-Werts mit Kalk oder Natronlauge, manchmal Sulfide, wenn der Grenzwert sehr niedrig ist – und der Schlamm anschließend abgesetzt und entwässert wird. Der Schlamm ist der teure Teil: Hydroxidschlamm besteht zu 96–99 % aus Wasser, wenn er den Klärer verlässt, und eine Filterpresse ist das, was ihn in einen Kuchen verwandelt, den man als gefährlichen Abfall transportieren kann.
Was zählt als Schwermetallabwasser?
Galvanik- und Metallveredelungsspülwasser, Ätzen von Leiterplatten, Beizlinien, Batterieherstellung und -recycling, Grubenwasser und Tailings, Gerbereiabwasser (Chrom) sowie einige Textil- und Pigmentströme. Die Metalle, die Regulierungsbehörden tatsächlich auflisten, sind eine kurze Gruppe. Die US-Vorschriften für die Metallveredelung in 40 CFR Part 433 regeln Cadmium, Chrom, Kupfer, Blei, Nickel, Silber, Zink und Cyanid, plus Gesamtgehalt an toxischen organischen Stoffen, Öl und Fett, TSS und pH.
Die Grenzwerte sind streng. Nach Teil 433 beträgt der Tageshöchstwert für Gesamtchrom 2,77 mg/L und der Monatsdurchschnitt 1,71 mg/L; Kupfer 3,38 / 2,07; Nickel 3,98 / 2,38; Zink 2,61 / 1,48; Blei 0,69 / 0,43; Cadmium 0,69 / 0,26; Silber 0,43 / 0,24; Cyanid 1,20 / 0,65. Neue Quellen unterliegen einem Cadmiumgrenzwert von 0,11 / 0,07 mg/L. Spülwasser aus einer Galvanisierungslinie kann Zehner bis Hunderter mg/L Metall enthalten, sodass die Entfernung in vielen Fällen besser als 99 % sein muss.
Schritt 1: Vorbehandlung der Ströme, die die Fällung stören
Zwei Ströme müssen vor allem anderen behandelt werden, und sie in den Hauptstrom einzumischen ist der häufigste Grund, warum eine Kläranlage ihre Genehmigung nicht einhält.
- Hexavalentes Chrom fällt nicht als Hydroxid aus. Es muss zunächst zu dreiwertigem Chrom reduziert werden, typischerweise mit Natriummetabisulfit bei niedrigem pH-Wert, und erst dann kann es zusammen mit den anderen Metallen als Cr(OH)₃ ausgefällt werden.
- Cyanid Aus Cyanid-Galvanikbädern wird Cyanid separat durch alkalische Chlorierung zerstört, bevor der Strom in die Metallbehandlung gelangt. Die Vorschrift ist eindeutig: Die Cyanidüberwachung erfolgt nach der Cyanidbehandlung und vor der Verdünnung mit anderen Strömen.
- Chelatbildner (EDTA, Citrat, Ammoniak aus stromlosem Nickel oder alkalischem Zink) halten Metalle in Lösung und verhindern die Ausfällung von Hydroxid. Ströme, die diese enthalten, werden getrennt und entweder separat behandelt oder mit einem stärkeren Fällungsmittel dosiert.
Schritt 2: Fällung – Hydroxid, Sulfid oder beides
Hydroxidfällung
Den pH-Wert mit Kalkhydrat, Natronlauge oder Magnesiumhydroxid anheben, und die Metalle fallen als Hydroxide aus. Unterhalb von pH 6 fällt sehr wenig aus; der optimale pH-Wert hängt davon ab, welches Metall und welches Gegenion vorliegen, und jedes Metall erreicht seine minimale Löslichkeit bei einem anderen pH-Wert, sodass ein gemischter Strom normalerweise bei einem Kompromiss-pH-Wert abgesetzt und dann, wenn ein einzelnes Metall noch über dem Grenzwert liegt, bei einem zweiten pH-Wert nachbehandelt wird.
Das Niederschlagshandbuch des US Army Corps of Engineers (EM 1110-1-4012) besagt, dass Hydroxidfällung Chrom, Nickel, Cadmium, Kupfer und Zink unter 1,0 mg/L senken kann, weist jedoch darauf hin, dass Blei, Mangan und Silber auf diese Weise möglicherweise nicht ausreichend behandelt werden. Kalk ist am billigsten, erzeugt aber den meisten Schlamm: Das EPA-Merkblatt zur chemischen Fällung warnt, dass Kalk das Abfallschlammvolumen im Vergleich zu Natronlauge um bis zu 50 Prozent erhöhen kann.
Sulfidfällung
Metallsulfide sind weitaus weniger löslich als Hydroxide. Dasselbe USACE-Handbuch tabelliert theoretische Löslichkeiten in reinem Wasser: Kupferhydroxid 2,2×10⁻² mg/L gegenüber Kupfersulfid 5,8×10⁻¹⁸ mg/L; Zink 1,1 gegenüber 2,3×10⁻⁷; Blei 2,1 gegenüber 3,8×10⁻⁹; Cadmium 2,3×10⁻⁵ gegenüber 6,7×10⁻¹⁰. Sulfidreaktionen laufen nahe dem neutralen pH-Bereich (7–9) ab, und es wird berichtet, dass Sulfidschlamm bei pH 5 etwa dreimal weniger zur Auslaugung neigt als Hydroxidschlamm.
Die Preisgestaltung ist handhabbar. Natriumsulfid und Schwefelwasserstoffgas sind gefährlich, überschüssiges Sulfid muss aus dem Abwasser entfernt werden, und der Niederschlag ist fein und setzt sich langsam ab. Der übliche Kompromiss ist die Hydroxidfällung als Hauptschritt mit einer kleinen Sulfid-Nachbehandlungsstufe nur für das Metall, das sonst seinen Grenzwert nicht erreichen würde – typischerweise Blei, Cadmium oder Silber.
Koagulation und Absetzung
Frisch gebildete Hydroxidflocken sind klein. Eisen(III)-chlorid oder ein Polymer wird dosiert, um sie zu absetzbaren Flocken aufzubauen, und das Wasser gelangt in einen Klärer, Lamellenabscheider oder eine DAF-Einheit. Der Unterlauf des Klärers ist der Schlamm: typischerweise 1–4 % Feststoffe und, in den Worten des USACE-Handbuchs, 96 bis 99 Prozent Wasser.
Schritt 3: Schlamm – der Kostentreiber
Metallhydroxidschlamm ist in der Regel ein gelisteter gefährlicher Abfall (in den USA F006 für Galvanikschlamm), daher wird er nach Gewicht zu Sondermülltarifen entsorgt. Jede Tonne Wasser, die mit den Feststoffen transportiert wird, ist verlorenes Geld. Die Entwässerung ist daher kein nachträglicher Gedanke; sie entscheidet über die Betriebskosten der gesamten Anlage.
Das USACE-Handbuch enthält gemessene Ergebnisse von Platten- und Rahmenfilterpressen für Hydroxidschlamm nach Fällungsmittel:
| Präzipitans | Kuchenfeststoffe | Filtrationszeit | Schlammdichte | Schlammvolumen pro Tonne Trockensubstanz |
|---|---|---|---|---|
| Natriumhydroxid (NaOH) | 30% | 7–8 Std. | 1.300 kg/m³ | 5,0 m³ |
| Gelöschter Kalk (Ca(OH)₂) | 35% | 7–9 Std. | 1.400 kg/m³ | 4,2 m³ |
| Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) | 55% | 1,5–2,0 h | 1.600–1.750 kg/m³ | 2,2 m³ |
Zwei Dinge stechen hervor. Erstens verändert das von Ihnen vorgeschaltete Fällungsmittel das Ergebnis der Filterpresse stärker als die Presse selbst: Magnesiumhydroxid-Schlamm filtert viermal schneller und erzeugt weniger als die Hälfte des Volumens, bei etwa dreifachen Reagenzienkosten im Vergleich zu Kalk. Zweitens erreicht selbst kaustischer Schlamm 30 % Feststoffe in einer Filterpresse, was eine Bandpresse oder Zentrifuge bei gelatinösem Hydroxidflock selten schafft.
Auslegung der Filterpresse für Metallhydroxidschlamm
Ausgehend von Trockenfeststoffen pro Tag, nicht vom Durchfluss. Eine Galvaniklinie, die 100 kg trockenes Metallhydroxid pro Tag bei 35 % Kuchenfeststoffen produziert, ergibt etwa 285 kg Kuchen oder rund 0,2 m³ bei 1.400 kg/m³. Das sind ein oder zwei Zyklen pro Tag bei einer kleinen Kammerfilterpresse. Punkte, die für diesen Schlamm besonders wichtig sind:
- Die Zykluszeit ist lang. Die Filtrationszeiten von 7–9 Stunden in der Tabelle sind real; Hydroxidflock ist kompressibel und verstopft das Tuch. Auslegung für einen Zyklus pro Schicht statt für mehrere.
- Membranquetschen hilft. A Membranfilterpresse kann den Zyklus verkürzen und die Feststoffe im Kuchen um einige Punkte erhöhen, was sich schnell amortisiert, wenn die Entsorgung pro Tonne Sonderabfall berechnet wird.
- Stoffauswahl. Monofilament-Polypropylen mit kalandrierter Oberfläche gibt den Hydroxidkuchen sauber frei und widersteht den Feinteilen, die Multifilamentgewebe verstopfen. Siehe Bemessung der Filterpresse für Galvanikabwasser für die Auswahl von Tuch und Platte.
- Materialien. Polypropylen-Platten und -Gewebe bewältigen den pH-Wert-Wechsel von der sauren Vorbehandlung zur alkalischen Fällung ohne Korrosion; die Zufuhrpumpe sollte eine luftbetriebene Membranpumpe oder eine Schneckenpumpe in korrosionsbeständiger Ausführung.
- Das Filtrat geht zurück. Das Filtrat der Filterpresse enthält Feinteile und gelöstes Metall beim Fällungs-pH-Wert; leiten Sie es zum Einlauf des Klärbeckens zurück, niemals direkt zur Ableitung.
Was für ein Angebot für Aufbereitung und Entwässerung zu senden ist
Eine nützliche Anfrage enthält: den Prozess (Galvaniktyp, Ätzen, Batterie, Grubenwasser), den täglichen Durchfluss, die Analyse des Rohstroms (jedes Metall, Cyanid, pH, ggf. Chelatbildner), die einzuhaltenden Einleitungsgrenzwerte und die Art der Entsorgung des Schlamms. Daraus können wir die Fällungsstufe dimensionieren, die Trockenmasse pro Tag abschätzen und die Presse, das Tuch und die Pumpe auswählen. Wenn Sie bereits Schlamm haben, senden Sie eine Probe: Ein Filtrationstest liefert uns Zykluszeit und Kuchenfeststoffe, bevor irgendetwas angeboten wird.
Verwandt: Wie viel Schlamm eine Kläranlage produziert, Ammoniak-Stickstoff-Entfernungund Industrielle Abwasserbehandlungsanlagen.
Häufig gestellte Fragen
Welcher pH-Wert wird verwendet, um Schwermetalle auszufällen?
Die Hydroxidfällung wird im alkalischen Bereich durchgeführt, üblicherweise irgendwo zwischen pH 8 und 11, je nach Metallmischung; unterhalb von pH 6 fällt fast nichts aus. Jedes Metall hat seinen eigenen pH-Wert der minimalen Löslichkeit, daher werden gemischte Ströme bei einem Kompromiss-pH-Wert abgesetzt und ein hartnäckiges Metall wird bei einem zweiten pH-Wert oder mit Sulfid nachpoliert.
Warum wird sechswertiges Chrom separat behandelt?
Da Cr(VI) bei jedem pH-Wert in Lösung bleibt, muss es zunächst zu Cr(III) reduziert werden, üblicherweise mit Natriummetabisulfit unter sauren Bedingungen, und erst dann fällt es zusammen mit den anderen Metallen als Chromhydroxid aus.
Ist die Sulfidfällung besser als die Hydroxidfällung?
Es erreicht einen weitaus niedrigeren Restmetallgehalt, um viele Größenordnungen unter der theoretischen Löslichkeit, und der Schlamm laugt weniger aus. Es kostet mehr, die Reagenzien sind gefährlich, und der Niederschlag setzt sich langsam ab, daher wird es normalerweise als Polierschritt für Blei, Cadmium oder Silber eingesetzt und nicht für den gesamten Strom.
Wie trocken kann Metallhydroxidschlamm in einer Filterpresse werden?
Gemessene Ergebnisse für Kammerfilterpressen liegen bei etwa 30 % Feststoffen für Natronlauge-Schlamm, 35 % für Kalkschlamm und 55 % für Magnesiumhydroxid-Schlamm. Eine Membranpressstufe erhöht die Werte um einige Prozentpunkte.
Ist Metallhydroxidschlamm gefährlicher Abfall?
In den meisten Rechtsordnungen ja. In den USA wird Klärschlamm aus der Galvanik als gefährlicher Abfall F006 eingestuft und nach Gewicht entsorgt, weshalb die Entwässerung auf den höchsten praktikablen Feststoffgehalt des Filterkuchens so wichtig ist.
Kann ich das Filtrat der Filterpresse direkt ableiten?
Nr. Das Filtrat aus dem Hydroxidschlamm enthält Feinteile und etwas gelöstes Metall beim Fällungs-pH-Wert. Führen Sie es zum Einlauf des Klärbeckens zurück, damit es erneut die Absetzung und die abschließende pH-Korrektur durchläuft.
Senden Sie Ihre Rohwasseranalyse, Durchfluss- und Einleitungsgrenzwerte, und wir werden die Fällungsstufe und die Filterpresse gemeinsam dimensionieren: Angebot für eine Heavy-Metal-Behandlung anfordern.
Referenzen: 40 CFR Part 433 — Metallveredelung Punktquellenkategorie (eCFR), US Army Corps of Engineers — EM 1110-1-4012, Fällung/Koagulation/Flokkulation (2001), US EPA — Merkblatt zur Abwassertechnologie: Chemische Fällung (832-F-00-018).
Dieser Artikel ist Teil unseres Leitfadens zu Abwasser-Schlammentwässerung.